當前，人類認識生命的探索已走到分子層面，基因治療被科學(xué)界寄予厚望。但人類對疾病的認知和治療能力并沒有本質(zhì)突破，依然在使用天然的和化學(xué)合成的物質(zhì)對抗疾病，對整體生命活動的改善還很有限。
揭示生命本質(zhì)，既要見樹木，也要見森林。
面對越解越多的生命之謎，對于生命科學(xué)研究，現(xiàn)有范式難以更進一步揭示生命本質(zhì)規(guī)律，必須構(gòu)建新的研究范式，進行重大基礎(chǔ)理論創(chuàng)新。
2007年，圖靈獎得主吉姆·格雷曾提出，信息爆炸迫使科學(xué)家必須將實驗、理論和計算機計算統(tǒng)一起來，建立一種新的科學(xué)研究范式，即第四范式——研究內(nèi)容由局部走向系統(tǒng)，方法由單一學(xué)科走向?qū)W科交叉，范疇由多層分科走向探索共性。
細胞是生命體的核心單元，人體就是一個由約37萬億至40萬億個細胞構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。心與小腸在解剖學(xué)上并沒有直接聯(lián)系，怎么會在生命活動中有關(guān)聯(lián)呢？大數(shù)據(jù)證明了這樣的關(guān)聯(lián)確實存在。這意味著，通過大數(shù)據(jù)、人工智能等手段，以超級算力為基礎(chǔ)，可以不斷將生命組織結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)解析出來。
以醫(yī)學(xué)研究的進化過程為例，我想說明一下研究范式轉(zhuǎn)變的重要意義。
以往在還原論“范式”的指導(dǎo)下，人們試圖通過認識單個基因或蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能來闡明個體的生理或病理活動，認為對復(fù)雜生命系統(tǒng)的理解可以通過將其拆解為組成的零部件并逐個拿出來進行研究來實現(xiàn)。
事實并非如此，還原論指導(dǎo)下的“一藥一靶”線性模式在抗擊腫瘤、代謝性疾病和神經(jīng)退行性疾病等慢性病方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。美國政府在1971年專門啟動消滅腫瘤的“戰(zhàn)爭”，但其結(jié)果卻遠未達到預(yù)期。
為何會失??？根本原因在于，腫瘤屬于復(fù)雜疾病，其發(fā)生發(fā)展過程涉及機體眾多的內(nèi)部因素和環(huán)境因素，以及這些因素之間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)相互作用。因此，必須尋找新的思路從整體研究策略上改變這種單純的“碎片化”研究范式。
要從一個基因、一個蛋白質(zhì)、一個分子、一次研究，轉(zhuǎn)變?yōu)閷λ谢?、所有蛋白質(zhì)、所有分子進行系統(tǒng)研究，這種轉(zhuǎn)變不僅是將生命體內(nèi)的研究對象從局部轉(zhuǎn)變?yōu)槿?，更重要的是對生命的認知從簡單性思維轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜性思維，也就是系統(tǒng)生物學(xué)的思維模式。
很快，系統(tǒng)生物學(xué)被引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，形成了系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)，通過整合數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、數(shù)據(jù)分析等去分析細胞及分子水平的微觀結(jié)構(gòu)及其空間分布，解析這些結(jié)構(gòu)間的網(wǎng)絡(luò)化關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及揭示結(jié)構(gòu)間網(wǎng)絡(luò)化互作的動態(tài)時空變化規(guī)律。此為系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)亟待研究的三大基礎(chǔ)科學(xué)問題，也是破解疾病機制和新藥研發(fā)的科學(xué)基礎(chǔ)。
由此可見，通過轉(zhuǎn)變醫(yī)學(xué)研究范式，能夠更完整地認識人體復(fù)雜系統(tǒng)的運行和變化，揭示生命本質(zhì)和生理病理機制，實現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)方面從零到一的突破。
（作者：叢斌，為中國工程院院士、九三學(xué)社中央副主席）
