[原创]建立肿瘤的系统医学理想模型

[watermark]在《苹果、池塘、熵与同态》一书中，说到系统科学所遇到的九大困惑，其中第九个困惑是：人类生存和发展的大量问题如何解决？这个困惑实际上包含许多困惑，这许多困惑中的一个就是：怎样医治各种顽症？而关于各种顽症医治的困惑中又包含着许多困惑，与本文讨论有关的困惑是：怎样医治各种肿瘤？
肿瘤的医治是一个严峻的医学问题，特别是癌的医治问题，对于医学是一个巨大的挑战。
在《论系统医学的核心》一文中，曾经指出，同态学的建立，“提供了一套进行系统医学研究的完整的、定性与定量相结合的、既抽象又实用的理论与方法。”同时该文还给出应用同态学的理论与方法来建立系统医学理想模型的方法和步骤。现在我们就来讨论一下肿瘤系统医学理想模型的建立问题，看能否对肿瘤医学研究提供一些帮助。
建立肿瘤系统医学理想模型的方法和步骤如下：
（1）确定细胞生长的运动回复过程。尽管医学对于癌发生的原因尚未完全搞清，旨在解释癌起源的大体框架却已经勾勒出来了。癌是由于细胞生长的控制受到干扰，或者部分细胞未能从增殖转变为终末分化而引起。因此，癌的发生与细胞周期有关。细胞周期是指细胞从一次分裂结束到下次分裂结束所经历的过程。细胞周期是一个完整的运动回复过程，在建立肿瘤系统医学理想模型的时候，不能仅仅考虑细胞周期某些部分，而是应该考虑整个细胞周期。另外，也不仅仅是考虑细胞的总的周期，而是要考虑细胞周期过程中涉及的各种周期。还有，不能仅仅考虑一个细胞的周期，而是要考虑许多相互作用的细胞的周期。
（2）在确定细胞生长的运动回复过程的前提下，就要考虑与该运动回复过程相关的系统要素。细胞周期过程涉及的要素是非常复杂的。例如，癌是由于生长的控制受到干扰，或者部分细胞未能从增殖转变为终末分化而引起。缺陷可发生在控制体系的各个水平上：生长因子太多或未及时地迅速灭活；信号的接收受到干扰；信号传导受到干扰；细胞核内对信号的响应受到干扰等等。这些要素都是细胞周期过程所涉及的。现代生物学和医学对于这些要素进行了长期细致的研究，要综合现代生物学和医学所有的研究成果，来确定与细胞生长的运动回复过程相关的系统要素。当然，这本身就是一个涉及面比较广的研究课题。
（3）建立细胞生长运动回复过程的系统参照系。系统参照系对于建立模型是非常重要的。只有在建立系统参照系的前提下，才能对于细胞生长运动回复过程中的各种现象进行描述。例如，可以把正常生理状况下细胞生长运动回复过程的各项指标作为系统参照系，然后与非正常状况下的各项指标进行比较，从而对各种细胞生长的运动回复过程进行描述。建立细胞生长运动回复过程的系统参照系，也是一个涉及面比较广的研究课题。
（4）对细胞生长运动回复过程进行阶段划分。目前，细胞周期运动的机制还很不清楚，还有很多细节需要进一步地研究，不过，在对一些小生物体的胚胎发育进行详细研究时发现，它们的细胞分裂有严格的固定的时空顺序。一些细胞谱系能形成特定的细胞、组织或器官。在完整的细胞周期中，存在一些关键的事件来正确调控周期的进程，使一系列相应的细胞周期事件按照特定的顺序发生。根据细胞周期运动的关键的事件和事件发生的顺序，就可以对细胞生长运动回复过程进行阶段划分。
（5）确定细胞生长运动回复过程各阶段的关系，并且根据“关系的对称破缺”来确定相关的要素与细胞生长运动回复过程各阶段的同一性，建立同一性矩阵。
这个问题是建立模型的关键环节。在《苹果、池塘、熵与同态》一书中，已经说明，同一性刻画的是关系的对称破缺。应用到细胞生长运动回复过程中，可以看到，细胞分化正是一个对称破缺过程。细胞分化是细胞命运决定过程中基因循序差异表达的结果。细胞最初是“基因组等同”，这时，基因组之间的同一性比较大，是对称的；然后细胞逐渐启动不同的分化程序，基因组之间变得来不对称了，同一性开始减少，在过程进行中，基因组的哪些部分将使用，哪些部分不使用，是在细胞决定过程中程序化设计好的，按照这个程序，基因组之间的同一性就发生有规则的变化。根据细胞正常分化的过程，可以精确地给出在各种分化情况下的同一性值及其变化，从而建立起细胞生长运动回复过程的同一性矩阵。
建立肿瘤系统医学理想模型的大量研究工作，可能都集中在建立同一性矩阵这个关键环节上面。一个肿瘤系统医学模型是否理想，也决定于所建立的同一性矩阵是否符合细胞生长运动回复过程的实际情况。
（6）根据肿瘤研究的成果，以及生物医学实验的假说，适当改变相关要素的情况，观测细胞生长运动回复过程的变化情况，据此来确定不正常状况下细胞生长运动回复过程的同一性矩阵的变化。根据这些变化，确定各种情况下的肿瘤系统医学模型。
（7）根据同一性矩阵的变化情况来获取细胞生长运动回复过程及其相关要素的各种特征值，例如惯性、存在量等，把它们作为判断该运动回复过程的指标，以便在临床上方便的应用。同态学给出了获取这些特征值的方法。
（8）重复上面的步骤，直到获得一个理想的肿瘤系统医学模型为止。
建立肿瘤系统医学模型，不仅对于临床实践有指导意义，而且对于有关肿瘤的生物、医学实验具有指导作用。可以以肿瘤系统医学模型来指导实验，进行实验结果分析，并且用实验结果来补充和完善系统医学理想模型。
建立肿瘤系统医学模型，还为计算机模拟实验的开展准备了前提，例如，肿瘤抑制基因可以使细胞分裂速度变慢并促进细胞分化，当这些信号的产生、接受或传导受到了干扰时就会致癌。但是，目前对肿瘤抑制基因了解较少，可以根据肿瘤系统医学模型，开展肿瘤抑制基因研究的计算机模拟实验，然后应用这些实验结果来指导生物、医学实验，这样就有可能加快研究的进程。
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