中医为中国和亚洲的疾病管理做出了3000多年的贡献。目前，对于中医证本质的研究和中药，特别是天然植物药的有效成分基础研究依然没有长足进步。目前，系统生物学中五种最发达的组学技术是基因分型，转录组学，表观基因组学，蛋白质组学和代谢组学。多组学策略在中医中的应用已经开始为中医证的本质和分子基础提供新的见解。2018年1月19日，中华人民共和国科学技术部发布《“中医药现代化研究”重点专项2018年度项目申报指南征求意见的通知》。将专项研究任务分解为中医药理论传承与创新、中医药防治重大疾病、中药资源保障、中医药大健康产业科技示范、中医药国际化、民族医药传承与创新6大任务，并部署25个研究方向，经费总概算约为6亿元。《2021年政府工作报告》中提出“坚持中西医并重，实施中医药振兴发展重大工程”。并强调，要做好中医药守正创新、传承发展工作，建立符合中医药特点的服务体系、服务模式、管理模式、人才培养模式，使传统中医药发扬光大。政策支持和技术进步可能为中医证的本质和分子基础研究注入新活力。
一、代谢组学
1999年，中国科学院大连化学物理所许国旺教授在国内首次提出代谢组学的概念，几乎和国际同步。20年来，研究者们致力于组学的发展及其与中医药研究的结合，取得了部分成果。由于化学成分的复杂性以及在体内发挥药效成分的多样性，复方中药为代表的多成分药的代谢研究一直是技术和方法学的“瓶颈”。包括：（1）缺乏整体性，以偏概全地将一种或数种成分来代表和预测包含了成百上千个化学成分的复方药物系统；（2）缺乏动态变化，只关注药物原型分子的数据而不能记录药物互相作用以及药物分子的体内代谢全过程；（3）缺乏生化效应信息，只关注药物分子的化学变化而没有生物体对药物的代谢反应。
复方中药在体内的药物动力学（吸收（absorption）、分布(distribution)、代谢(metabolism)及排泄(excretion)，缩写为ADME）过程是一个多成分化学系统和多层次多靶点的生物系统之间的相互作用过程，这个复杂的体内过程无法在还原论的思维下用一个或几个药物成分来还原。由于无法在方法学上突破现有瓶颈，目前定量检测单一化合物的药物PK方法很难描述中药整体性和动态性的体内代谢状况。因此，复方中药作为一个“黑箱”，其体内过程一直无法得到客观性的评价，用简单的还原方法得出的结果无法体现中医方剂配伍下复方中药的临床作用机制。
近年来，代谢组学已成功应用于中医证本质研究（Wang M, Lamers R J A N, Korthout H A A J, et al. Metabolomics in the context of systems biology: bridging traditional Chinese medicine and molecular pharmacology[J]. Phytotherapy Research: An International Journal Devoted to Pharmacological and Toxicological Evaluation of Natural Product Derivatives, 2005, 19(3): 173-182.）。仪器（包括MS，核磁共振（NMR），气体和液相色谱）和信息学或化学计量学软件的技术进步导致最近人类疾病诊断和治疗中代谢组学的利用激增（Dunn W B, Ellis D I. Metabolomics: current analytical platforms and methodologies[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2005, 24(4): 285-294.）。越来越多的证据表明，代谢谱对环境扰动的敏感性高于遗传和蛋白质组谱。这个概念是使用核磁共振检查尿液样本的基础，现在这是诊断疾病和评估药物毒性的常用方法（Lusczek E R, Paulo J A, Saltzman J R, et al. Urinary 1H-NMR metabolomics can distinguish pancreatitis patients from healthy controls[J]. JOP: Journal of the Pancreas, 2013, 14(2): 161.）。Wang等报道，大鼠肝气郁结证显着改变了醋酸盐，乳糖（Lac），肌酐（Cr），葡萄糖，酮肉碱（3-HB）和极低密度脂蛋白（VLDL）/低密度脂蛋白（ LDL）比例降低了磷脂酰胆碱（PtdCho）和不饱和脂肪酸（UFA）的含量。因此，这些改变的代谢物代表肝气郁结证的生物标志物（Wang X, Sun H, Zhang A, et al. Potential role of metabolomics apporoaches in the area of traditional Chinese medicine: as pillars of the bridge between Chinese and Western medicine[J]. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 2011, 55(5): 859-868.）。Li等人表明四种代谢物（丙酮酸，L-天冬氨酸，甘油和胆固醇）的存在可以区分阳虚和非阳虚，进一步证实了改变代谢物谱可以作为不同中医证型的潜在生物标志物的观点，和中医证型具有特定的分子基础（Li R, Ma T, Gu J, et al. Imbalanced network biomarkers for traditional Chinese medicine Syndrome in gastritis patients[J]. Scientific reports, 2013, 3: 1543.）。此外，随后的研究结果表明，大鼠的肺热证的特征是六种代谢物的变化。黄芩（Scutellariae sadix）是一种用于中医临床中解肺热的中药，用于解决六种代谢产物的差异水平。结果表明，这6种代谢物不仅是解肺热的生物标志物，而且也可能是黄芩用于治疗发热性肺病的反应预测因子（Wang P, Chen Z. Traditional Chinese medicine ZHENG and Omics convergence: a systems approach to post-genomics medicine in a global world[J]. Omics: a journal of integrative biology, 2013, 17(9): 451-459.）。总之，这些研究结果表明，代谢组学可能是建立和评估中医证型有效动物模型的有用方法。贾伟、刘平等对健康志愿者服用中药黄芪汤（含黄芪和甘草两味药）前后药物的多种化学成分在体内的吸收、代谢过程、以及对机体代谢网络的影响进行了系统研究。显示黄芪汤包含有84种不同的化学成分，服药前志愿者体内被检测到292种体内代谢物，服药后则被检测到有532种代谢物。对服药前与服药后各时间点的代谢物分析比较，发现其中有485种代谢物发生变化，并且这种变化与服用黄芪汤有关。经生物信息学分析得知，黄芪汤中有56种成分是以原型成分形式被吸收进入血液，还有292种新成分（黄芪汤的次级代谢物）是黄芪汤中的原药成分通过机体代谢新产生的。另外，有166种体内的代谢物（内源性代谢产物）由于服用黄芪汤发生了显著变化。在此基础上，对这3组数据的相关性进行了系统分析。同时，黄芪汤成分被体内吸收和代谢后，能显著调节机体数十种内源性代谢物通路(王守丽, 谢国祥, 赵爱华,等. 黄芪汤对人体代谢的影响及其在疾病防治中的辅助作用[J]. 医学研究杂志, 2017, 46(8):26-30.)。
二、基因组学
天然药物（本草）基因组学产生和发展的过程，主要从三个方面确定学科的内涵，即理论体系、实验技术和应用方向。本草基因组学形成了高度综合的理论体系，包括从基因组水平研究本草的九大内容：中草药结构基因组、中草药功能基因组、中草药转录组和蛋白质组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药代谢组、中药合成生物学、中药基因组学、中药生物信息学。本草基因组学实验主要包括九大技术：高通量测序技术、遗传图谱构建技术、光学图谱构建技术、基因文库构建技术、突变库构建技术、组织培养与遗传转化、蛋白质分离纯化与鉴定、四大波谱技术及联用、基因组编辑技术。基于本草基因组学的理论体系和实验技术，形成了该学科的七大应用方向：药用模式生物研究、阐明道地药材形成机制、基因组辅助育种、中药质量评价和控制、基因资源的保护和利用、中药新药研发、指导相关学科研究。
针对同一药材在不同种植区域开展中草药表观基因组研究，包括DNA 甲基化修饰、小RNA测序分析、染色质免疫共沉淀分析等，明确不同生产区域的遗传变异，特别是环境不同对药材表观遗传的修饰作用。此外，土壤微生物也是道地药材生长环境中的重要因素。采用宏基因组分析土壤微生物群落，为揭示土壤微生物和药材生长的相互作用提供依据。部分成果产出，如杨莉利用液相色谱-质谱（LC-MS）分析血清胆汁酸（包括GCDCA，GCA和CA）的浓度，发现姜黄素改善胆囊炎患者和啮齿动物的病理性胆汁酸积聚和炎症(Yang F, Tang X, Ding L, et al. Curcumin protects ANIT-induced cholestasis through signaling pathway of FXR-regulated bile acid and inflammation[J]. Scientific reports, 2016, 6: 33052.)等。
三、转录组学
RNA是中心法则中的中心环节,连接着遗传密码到最终的表型｡除了可以作为蛋白翻译模板的mRNA之外,还有多种类型RNA在生物学过程中起到重要作用｡结构型RNA,如rRNA､tRNA､snRNA(小型核RNA);调节内源性mRNA表达的干扰RNA(RNAi),如siRNA､miRNA､piRNA;起到鹰架(scaffolding)功能的长链非编码RNA,即lncRNA;构成某些病毒基因组的RNA,即viral RNA;有催化活性的RNA,即Ribozymes｡ 近年来许多研究发现非编码RNA 在表观遗传学的调控中扮演越来越重要的角色,大量非编码RNA 组成高度复杂的调控网络,调节细胞增殖､肿瘤的发生发展､干细胞分化等各项生命活动｡过去十年中，转录组学与中医哲学的整合促进了新的中医研究范式的发展（Cheng等， 2010; 江等人，2011; 张等人，2011）。例如，转录组学数据被整合到相关基因的网络样结构中，以研究大鼠肾缺陷的分子基础。结果显示肾脏缺乏伴随着在下丘脑 - 垂体 - 肾上腺（HPAT）轴上表达的各种神经递质的显着下调，随后生长和性激素相关基因的表达减少（Shen等，2007年）。通过使用其他动物模型的研究证实了这种关联（Xu和Jiang，2006年）。此外，转录组学已被广泛用于研究其他类型的中医郑。结果表明，阳虚相关基因与免疫有关（Ni等，2004年虽然冷郑相关基因与能量代谢有关（Wang et al，2006年）。
四、蛋白质组学
蛋白质组学可以部分反映生命功能和协同的手段。蛋白质分子是生命活动的直接执行者。基因的大多数功能信息以蛋白质组为特征。蛋白质组学技术补充了中医的整体理论。蛋白质组学已成功应用于中医研究（Ding Y, Lu B, Chen D, et al. Proteomic analysis of colonic mucosa in a rat model of irritable bowel syndrome[J]. Proteomics, 2010, 10(14): 2620-2630.）表征IBS大鼠和健康个体之间的差异表达谱。Zhou等研究认为血清蛋白质组学分析显示，多种蛋白质与肾移植，肾小球疾病相关的差异表达（Zhou H, Pisitkun T, Aponte A, et al. Exosomal Fetuin-A identified by proteomics: a novel urinary biomarker for detecting acute kidney injury[J]. Kidney international, 2006, 70(10): 1847-1857.）。这些发现揭示了肾小球疾病的分子机制。在另一项研究中，Sun等人。（2010）证实了不同证型患者中6种血清和3种肝脏蛋白的差异表达。这些蛋白质参与免疫，神经内分泌系统，营养和物质代谢（Sun S, Poon R T P, Lee N P, et al. Proteomics of hepatocellular carcinoma: Serum vimentin as a surrogate marker for small tumors (≤ 2 cm)[J]. Journal of proteome research, 2010, 9(4): 1923-1930.）。更重要的是，这项研究表明郑氏研究使用基于蛋白质组学的策略的可行性。因此，蛋白质组学领域的快速发展为中医药与现代技术和系统生物学的整合提供了新的工具，从而推动了中医药的现代化和国际化。
五、组学的综合应用与展望
综合应用组学技术的研究成果，如杨永清团队与中国科学院上海药物研究所合作，利用分子对接、虚拟筛选等技术，从6000个化合物中筛选了可以特异性结合针刺抗哮喘靶标Transgelin-2的小分子，并通过细胞生物学和符合临床特征的哮喘模型等方面，验证并确认了“类针刺”舒张气管平滑肌作用的先导化合物TSG12是具有良好临床应用前景的潜在抗哮喘新药物(Yin L M, Xu Y D, Peng L L, et al. Transgelin-2 as a therapeutic target for asthmatic pulmonary resistance[J]. Science translational medicine, 2018, 10(427): eaam8604.)。An等研究认为八段锦通过调节mRNA，lncRNA和circRNA的表达发挥抗糖尿病和抗抑郁作用(An T, He Z C, Zhang X Q, et al. Baduanjin exerts anti-diabetic and anti-depression effects by regulating the expression of mRNA, lncRNA, and circRNA[J]. Chinese medicine, 2019, 14(1): 3.)提出新的多种组学方法的结合将能够全面评估复方中药的功效和复杂机制方法等(Cai F F, Zhou W J, Wu R, et al. Systems biology approaches in the study of Chinese herbal formulae[J]. Chinese medicine, 2018, 13(1): 65.)
代谢物的共性分析和生物标记物的发现，可促进中医“证“本质的研究、中医辨证的科学化和定量化，深层次理解中医脏象理论，预测疾病的发生，整体性评价中药复方综合疗效、安全性和作用机制，以及天然药物改变肠道内生态环境等。组学技术发展将促进传统中医药学向现代中医药学的转变和发展，而且将带来医学科学研究的新发现，甚至将有可能影响世界未来整体医学和个体医学的发展，由此推动中医药为人类医学的发展和人民的健康作出更大的贡献。