中醫藥是中華民族的瑰寶，振興發展中醫藥已上升為國家戰略，中醫藥在各種利好政策的助力下加速進入黃金發展期，預計到2025年市場規模將突破2.1萬億元。但是中醫藥的發展仍面臨不少科學問題和技術難題。如臨床療效“說不清”、作用機理“講不明”，導致中醫藥國際化面臨困境。例如人口老齡化相關的骨質疏松癥（Osteoporosis，OP）異質性特征非常強，現有的診斷措施不足以準確識別骨質疏松患者的骨折風險。
01. 中醫表型組學強勢破局(Chinmedphenomics)
面對這種形式，將傳統醫學與現代化技術相結合，出臺完整、切實且客觀的中醫療效判定標準成為流行趨勢。王擁軍教授等團隊2022年于Phenomics期刊首次在國際上倡導建立中醫表型組學（Chinmedphenomics），并論述了其“3P”理念，將中醫學“從深奧的陰陽五行理論到中醫臨床應用”這個模式轉變為使用現代化技術評判的模式（中醫表型組學研究思路圖見文末），以更好的適應現今倡導的個性化與精準醫療[1]。
理論提出的兩年后，上海中醫藥大學王擁軍、唐德志，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳洛南及廣州實驗室曾濤，2024年3月12日共同通訊在Cell Discovery（IF=33.5）在線發表題為“Multi-modal molecular determinants of clinically relevant osteoporosis subtypes”的研究論文完美應用中醫表型組學鑒定的OP的臨床分子分型，該研究基于中醫陰陽理論指導歷時5年建立迄今最大規模的單中心多組學OP前瞻性隊列研究[2]。麥特繪譜為本研究提供Q300代謝組檢測服務，又一次為大隊列研究提供了精準穩健的技術保障。
圖1. 中醫表型組學來源（左），最新隊列應用（右）
02. 最新應用：迄今最大規模骨質疏松隊列研究
任何復雜的臨床疾病研究簡單來說可以概括為三步：是什么？為什么？有什么用？下面就由繪譜君帶著這3個問題和您一起看看王擁軍教授是如何開展骨質疏松癥研究的。
研究思路圖
是什么？
三觀全景式圖譜
OP患者在基因、代謝物和菌群等分子層面有哪些變化？基于現代化技術從微觀層面研究中心法則的全面分子景觀，作者通過利用基因組學、甲基化測序、代謝組學和宏基因組學技術，發現從正常到骨質減少，再到骨質疏松疾病異質性的多組學分子表型，整體差異表現為408個差異化SNP位點、10000個差異甲基化位點、188個差異代謝物<氨基酸、有機酸、短中長鏈脂肪酸等>和129個差異菌屬<擬桿菌、雙歧桿菌、艱難梭菌、鏈球菌等>。
圖2. OP多組學設計和工作流程
圖3. 與骨質疏松癥及其亞型相關的代表性微生物群和代謝物特征
深度潛在空間融合算法（DLSF）
在獲得OP患者的三觀全景式圖譜后，下一個問題則是在多組學數據集成中更好的分析出有效的疾病亞型，作者使用自己開發的深度學習模型-深度潛在空間融合算法（DLSF），發現OP宏觀的核心臨床指標區分度明顯，并且在分子層面可以進一步分為兩個組群。
圖4. 利用深潛空間融合模型識別骨質疏松癥的多模態亞型
三個時間點的縱向隨訪數據
OP患者分成兩個組群后，前瞻性隊列研究也正式進入到下一階段，作者團隊進一步隨訪兩組在服用鈣制劑后2年的骨密度變化（4年隨訪骨折風險結果見第二個問題），并結合中醫陰陽表型組學思維模式，將隨訪結果進行歸類，發現一組人群骨密度顯著升高，而另一組人群幾乎沒有變化或骨密度進一步減低。
圖5. 中醫陰陽理論思維與現代化多組學技術結合
小結
至此我們可以回答第一個問題，骨質疏松癥具體可以根據鈣補充結局分成兩種亞型，“臨床干預相關的亞型”（clinical intervention relevant subtypes，CISs），其中對鈣制劑使用敏感骨密度獲益高的為CIS1型，即陽型；對鈣制劑使用不敏感獲益不顯著的為CIS2型，即陰型。
為什么？
正反向中心法則互相驗證OP亞型
確立陰陽分型后，下一步則是進一步解釋其背后的機制基礎?；卮鸬?個問題時作者驗證了DLSF算法是一種與中心法則順序相一致的分子亞型發現方法。因此，回答第2個問題時，作者將通過反向生物學解釋來表征亞型特征，先從臨床宏觀的表型參數進行分析，后通過算法分析表型相關分子特征（DAM）、多組學定量特征位點（xQTL）來表征表型相關基因型。
圖6. 正反向中心法則互相驗證示意圖
陰陽分型背后的生物學機制
一方面，作者總結了正常、骨質減少和骨質疏松組SNP/SNV分布的差異，發現兩種骨質疏松癥亞型與其他組相比，其整體SNP模式有顯著變化。另一方面，作者研究了兩種骨質疏松亞型對應的xQTL模型，以推斷基因型與分子表型之間的定量關聯，并再次觀察到了這兩種亞型的共同分子特征和特異性分子特征。最后，根據4年的隨訪數據，作者發現這兩種亞型有不同的骨折風險。
圖7. 不同骨質疏松癥亞型對應的xQTL的SNP/SNV偏好
小結
影響陰陽分組差異的分子生物學通路具體表現為：陽型OP組的分子響應活躍，Estrogen、AMPK等信號通路激活上調；陰型OP組則完全相反，鈣信號通路呈現大規模抑制。
有什么用？
在回答前兩個問題時，作者發現兩種亞型具有2年隨訪骨密度和4年隨訪骨折風險的不同，作者進一步使用高效的DLSF分析提煉了OP發生發展的多組學景觀和相應的新型多組學標志物（Multi-modal molecular Signatures，M3S），該研究利用M3S構建臨床預測模型，其預測OP的準確率達到81.9%，預測骨折的精度達到73%，相關結論也在獨立的骨質疏松隊列（金山，n=166）中得到驗證。
圖8. M3S在骨質疏松癥和骨折風險評估中的臨床應用
全文總結
該研究利用大型隊列現代化多組學數據，結合中醫表型組學策略，通過自主開發的高效的DLSF分析，基于多組學景觀和相應的M3S分子特征，確定了骨質疏松癥中國人群的臨床干預相關亞型（CISs），為OP的早期診斷和個性化治療提供參考意義。
王擁軍教授介紹，后續有望開發出血液預警診斷試劑盒，實現“一滴血防OP”、“一滴血防骨折”的目標，助力OP精準診治體系建設。此外，研究后續還能指導適合人群鈣劑補充，對于鈣劑不敏感人群，團隊也已經在開發相應中藥制劑。
中醫表型組學研究思路
中醫表型組學是指以中醫核心理念為根本，以大型人群隊列為基礎，采用多組學、生物信息學和人工智能等手段，從宏觀、中觀、微觀水平上系統地、定性與定量結合地測定中醫“證”與“病”發生發展全過程中的表型集合及中藥干預下的轉歸機制，揭示中醫現代科學內涵的一門學科。
圖9. 中醫表型組學研究思路
（圖片來源：上海中醫藥大學附屬龍華醫院公眾號）
參考文獻
[1]Chinese Medicine Phenomics (Chinmedphenomics): Personalized, Precise and Promising. Phenomics, 2022.
[2]Multi-modal molecular determinants of clinically relevant osteoporosis subtypes. Cell Discovery, 2024.
繪譜幫你測
麥特繪譜開創性地搭建了醫學領域高端代謝組學技術平臺，覆蓋了非靶向-全定量-代謝流等全方位的高端醫學代謝組解決方案，同時全面布局微生物組學、轉錄組學和蛋白質組學等多組學技術服務，已成為全球多組學研究者的優選合作伙伴。麥特繪譜擁有Q1000，Q500、Q300、Q200和膽汁酸、短鏈脂肪酸、色氨酸及吲哚衍生物、多胺和TMAO類等各類小分子代謝物、非靶向代謝組學和同位素示蹤代謝流技術等共40+系列檢測方法；已為數百家三甲醫院、科研院所和企業提供多組學解決方案，協助客戶與合作伙伴發表SCI文章400+篇，累計影響因子4000+，平均IF＞10，包括Science, Nature, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Hepatology, Microbiome等頂級期刊。
END