李梢講解UNIQ系統

如果將人體比喻為一個地圖，中藥進入人體產生的作用就像地圖上一條條路線，這些路線能夠被清晰呈現嗎？如果把中醫藥對人體的宏觀治療比喻為一片森林，中醫藥對細胞、分子層面的作用就像森林中的樹木，森林與樹木的關系能夠一目了然嗎？

日前，清華大學北京市中醫藥交叉研究所所長、歐洲科學與藝術院院士李梢帶領團隊自主研發的“基于網絡靶標的中西醫藥智能和定量分析技術與系統（簡稱UNIQ系統）”獲得第49屆日內瓦國際發明展最高級別的“評審團特別嘉許金獎”，該系統有望將上述設想變為現實。

“借助人工智能，該系統對疾病的發生、發展、藥物的干預效果起到精準導航的作用，既體現出中醫的整體觀，又使中醫藥能夠深入到微觀層面，為中醫藥的傳承發展提供生物機理上的支撐。”李梢說。

學科交叉打開解密中醫藥機理之門

對于中醫藥診療疾病的原理，出生于中醫世家的李梢在少年時代就有自己的洞見。他認為，中醫藥治病的原理是可以用現代科學的語言闡釋的，中醫藥與現代科學并不互斥，二者能夠相得益彰、共同發展。他的想法也得到了父親——首屆國醫大師李濟仁的肯定。

1999年，在北京中醫藥大學跟隨中國工程院院士王永炎攻讀博士期間，李梢提出了中醫藥和生物分子網絡相關的假說——中醫藥不是和單個生物分子有關，而是和生物分子相互作用的網絡、網絡的動態變化有關，這個網絡有可能表征中醫藥的整體。

在清華大學生物信息學專家、中國科學院院士李衍達的支持下，李梢于2001年進入清華大學自動化系（自動化系以“三論一智”為特點，“三論”指信息論、系統論、控制論；“一智”指人工智能，其學科特點和中醫藥整體觀、系統觀的思維很契合），進行“生物信息學與中醫藥現代化”的大跨度交叉學科研究，也開始了他20多年的解密中醫藥現代原理之路。

交叉學科可以探索，但如此大的跨度，怎樣才能守住中醫藥的底蘊，巧妙地將現代科學融入其中，李梢面臨三道難關。第一，講不清中醫藥在機體內部如何發揮作用，中醫藥的科學內涵就無法被揭示；第二，如果采用現代醫學常用的還原分析方法，很容易丟掉中醫的整體特色，難以“守正”；第三，缺少中醫藥在微觀層面的數據積累，從微觀和系統的角度闡釋中醫藥的“整體”特色亦是挑戰。

經過反復思考，李梢提出了一個大膽的想法：把中醫的整體思維用于微觀的生物層面，在人體“黑箱”里建立一個“GPS（導航）系統”，全面計算出中西醫藥與生物分子的關聯，用于支撐中醫藥的創新發展。

經過團隊多年攻關，一個能夠展現出中西醫藥與生物分子的關聯的系統——“中西醫藥分子網絡導航系統（UNIQ系統）”應運而生。

數據編碼掌握中醫藥精準診療之鑰

假設一名感染風寒后咳嗽的患者服用了某種中藥進行治療而后痊愈，這一過程中，癥狀、藥物、人體細胞之間是如何發生聯系的？這個系統如何呈現人類疾病、生物分子網絡、中西藥物之間的關聯？

李梢打了一個簡單的比方：“如果我想要通過微信朋友圈知道一個人與全世界所有人的關系，如何去篩選呢？只要用這個人的朋友圈和全世界所有人的朋友圈去做一個對比，如果兩個人的朋友圈重合度很高，那么這兩個人是朋友的可能性就越大。這種關聯規律同樣適合于建立宏觀臨床表型、微觀生物實體、藥物之間的多層次聯系，什么病和證需要用什么藥來治，大數據就可以幫忙得到答案。”

李梢介紹，UNIQ系統借鑒了中醫整體觀的“取象比類”思想，從全局上看，人類表型網絡（人類疾病，包括中醫證候的臨床表現）、生物分子網絡（生物體內部的基因、蛋白之間）、中西藥物網絡之間存在著一種“宏微觀模塊化關聯”關系。例如，臨床表型越相似，相關的基因和基因產物在網絡上越聚集。

“一張由疾病、藥物和生物分子織成的網絡就好比由無數道路組成的地圖，找到編碼規律才能獲取揭秘人體‘黑箱’的鑰匙。”李梢說。

基于這一規律，團隊已經研制了中西醫表型、生物分子網絡、中西藥物的“關系推斷”算法，實現同時期國際最高精度的致病基因、藥物靶標預測，通過計算，系統解析了疾病機制和藥物作用的關聯，在生物分子網絡上實現了疾病和藥物內在關系的定位和導航。

事實上，這一系統已經被應用在臨床，在中醫診療和中藥研發上實現了規模化應用。一個典型范例是，利用UNIQ系統，結合大規模病例樣本的采集和檢測，李梢團隊構建了胃炎癌轉化的寒熱證分子網絡、舌苔菌群網絡、胃組織單細胞網絡，發現了本虛標實、寒熱失衡促使胃炎癌轉化的內在規律，尤其是在部分中醫證候典型、病理診斷處于低級別異型增生階段的患者胃組織上發現了一類“胃癌極早期細胞”，它與胃早癌細胞分子特征高度類似，可以表征胃癌癌變的萌芽階段。圍繞發現的胃癌極早期這一全新分期，李梢團隊還研制了胃癌極早期中西醫智能篩查系統、胃癌極早期生物標志物，以及精準防治中藥，為解決我國胃癌早診率低的難題提供了重要突破口。

“這一系統即讓中醫藥思維能夠在微觀層次發現規律，又使現代醫學生命科學積累的大數據能夠為中醫藥所用，從一個全新的角度說明白、講清楚中醫藥科學原理，為中醫藥精準診療奠定基礎。”李梢說。

打破壁壘破解中醫藥傳承創新之題

“中醫藥發展過程中面臨的困難可以成為中醫藥的發展機遇。”李梢說，在自己的科研之路上，最大的感觸就是中醫藥不斷在突破原有的研究模式，開拓創新，與時俱進。

建立以中西醫學和生物大數據為基礎、以信息與系統為特點、融合人工智能、大數據等技術的中醫藥網絡藥理學等關鍵技術，建設符合中醫藥整體特色的自主創新體系，是李梢團隊的目標。

為了跨越傳統與現代之間的鴻溝，李梢牽頭創立清華大學北京市中醫藥交叉研究所。2021年，研究所揭牌。研究所依托清華大學自動化系，聯合清華大學醫學院、藥學院、生命科學學院、化學系、附屬長庚和玉泉醫院等多個院系的力量共同建設。聚焦中醫藥關鍵科技需求，以“醫工結合、中西結合、交叉創新”為特色，真正實現了多學科交叉融合共建新模式。李梢作為所長，成為了“中醫藥＋AI”領域的探路者。

李梢介紹，交叉研究所自成立以來，已率先制定并發布了網絡藥理學首個國際標準，促進了中醫藥科研方法走向國際前沿，積極推動中醫藥創新發展。

2023年夏季，首位晉升瑞典卡羅林斯卡醫學院終身教授的亞裔教授、歐洲科學與藝術院院士、中國工程院外籍院士、血管新生頂尖科學家曹義海訪問清華大學中醫藥交叉研究所，看到李梢的研究成果后感到很振奮，認為其具有極大的開創性。在曹義海等專家的力薦下，經過評審，由于在網絡藥理學與傳統醫藥研究上的開創性貢獻，以及在胃癌極早期防治研究上的突破性成就，李梢當選為歐洲科學與藝術院院士。該院為國際科學院組織、中國科學院發起成立的“一帶一路”國際科學組織聯盟等權威機構收錄的唯一歐洲科學院，也標志著該系統邁出了國際化的步伐。

“用現代科學解讀中醫藥原理，我們不能只做旁觀者、批評者，要勇于做建設者、創造者，這是我們這一代研究者的使命。”李梢表示，在這條溝通傳統醫學與現代科技的道路上，團隊還將持續攻堅。