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美國“四院”院士萊諾·胡德:基因組和表型分析數(shù)據(jù)催生精準(zhǔn)醫(yī)療
·在胡德看來,數(shù)據(jù)驅(qū)動的健康和預(yù)防科學(xué),是至今為止醫(yī)學(xué)史上最大的范式轉(zhuǎn)變?!拔?guī)缀醮_認(rèn),如果人類表型組計(jì)劃能夠持續(xù)進(jìn)行,那么15年后,每個(gè)人的各種健康數(shù)據(jù)將可以通過手機(jī)快速生成,并從百萬人級的研究成果中確定適配的藥物?!?/u>
“我所做的一切工作,就是從各個(gè)角度、層面研究如何更好地改善人類的生活和生命,讓我們更健康地活下去,從而更好地為社會做貢獻(xiàn)?!?5歲高齡的美國四院(美國國家科學(xué)院、美國國家工程學(xué)院、美國國家醫(yī)學(xué)院、美國人文與藝術(shù)科學(xué)院)院士、中國科學(xué)院外籍院士萊諾·胡德(Leroy E. Hood)神采奕奕地說道。
7月3日,在復(fù)旦大學(xué)相輝堂舉辦的第三期“浦江科學(xué)大師講壇”上,胡德發(fā)表了以“人類表型組計(jì)劃:驅(qū)動醫(yī)療系統(tǒng)由疾病導(dǎo)向轉(zhuǎn)為健康與預(yù)防為主導(dǎo)的變革”為題的講座報(bào)告。
講座伊始,胡德以“盲人摸象”的比喻表示,在生物醫(yī)學(xué)和疾病研究中,如果只以單方面因素進(jìn)行判斷,那便是“盲人摸象”?!爸挥胁扇∠到y(tǒng)的技術(shù)方法和多模并進(jìn)的研究策略,我們才能更好地認(rèn)識和理解人類生命系統(tǒng)?!焙抡J(rèn)為,要判斷人的健康狀況并作出疾病診斷,應(yīng)具有更加整體的視角。

論壇現(xiàn)場圖。圖片來源:復(fù)旦大學(xué)
開展“人類表型組計(jì)劃”,延長人類壽命
因此,胡德和復(fù)旦大學(xué)校長金力等學(xué)者一同發(fā)起了“人類表型組計(jì)劃”,“這可能是一個(gè)為期十年以上、百萬人級的計(jì)劃。”胡德在演講時(shí)說道。
所謂表型組,是指生物體從微觀(即分子)組成到宏觀、從胚胎發(fā)育到衰老死亡全過程中所有表型的集合。胡德介紹,一個(gè)人的表型包含身體的各種變化情況,囊括一個(gè)人的縱向生命軌跡。而對于全體人類而言,表型集合包括基因組、行為和環(huán)境,是對人類不斷變化的表型的持續(xù)評估,包括血液分析、腸道微生物組、大腦和數(shù)字健康分析、電子健康監(jiān)測信息等,開展人類表型組研究,系統(tǒng)解析表型組與基因組以及不同表型之間的關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)人類健康和疾病等表型特征形成的內(nèi)在規(guī)律和生物標(biāo)志物,已成為當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的共識。
胡德舉例:比如,表型組與人的年齡確定和壽命延長存在關(guān)聯(lián)。相關(guān)研究的算法應(yīng)用可以確定人體的生物年齡,這是因?yàn)樯锬挲g來源于深層表型,反映健康程度。例如,生病的人在生理上更老,器官明顯老化。因此,減緩衰老過程能夠延長個(gè)人的健康壽命,也能延遲和防止慢性疾病的發(fā)作,從而使個(gè)人的健康壽命(指人體能維持良好日常生活功能的年限)與其理論壽命(約120歲)相等。
人類表型組計(jì)劃的研究也能更好促進(jìn)腦健康?!按竽X和身體的健康是密切協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)的?!焙陆榻B,人的認(rèn)知發(fā)展軌跡在35歲左右達(dá)到頂峰,之后就開始下降。相關(guān)研究成果能使80歲的老人恢復(fù)相當(dāng)于他們在30歲時(shí)應(yīng)有的認(rèn)知能力,也能對大腦疾病進(jìn)行早期檢測。
15年后,人們將可通過手機(jī)快速生成健康數(shù)據(jù)。
從1970年至今,胡德完整見證了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的七次范式變遷?!斑@七個(gè)階段都涉及到人類的復(fù)雜性,這也形成了我對于21世紀(jì)科學(xué)的看法?!焙抡f。
在既往研究中,胡德發(fā)現(xiàn),人類生命系統(tǒng)和疾病之間是相互聯(lián)結(jié)的。步入21世紀(jì),他將醫(yī)學(xué)和信息技術(shù)相結(jié)合,提出了“P4醫(yī)學(xué)”的概念。所謂“P4醫(yī)學(xué)”,即以預(yù)測、預(yù)防、個(gè)性化和參與性(predictive, preventive, personalized & participatory)為特點(diǎn)的醫(yī)學(xué)。其中,參與性是最具挑戰(zhàn)性的特點(diǎn),這要求從跨學(xué)科的視角開展研究,鼓勵各個(gè)學(xué)科的學(xué)者參與其中。
每一次生物學(xué)等領(lǐng)域的變遷都意味著更多可能性的出現(xiàn)?,F(xiàn)在,面對大數(shù)據(jù)時(shí)代,胡德認(rèn)為,采用基因組和縱向表型分析的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法,能有效優(yōu)化個(gè)人健康評估,這種方法催生了以人口為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)醫(yī)療系統(tǒng)。他舉例:在一項(xiàng)為期4年、以5000人的數(shù)據(jù)為樣本的研究中,這一系統(tǒng)得到了驗(yàn)證。在胡德看來,數(shù)據(jù)驅(qū)動的健康和預(yù)防科學(xué),是至今為止醫(yī)學(xué)史上最大的范式轉(zhuǎn)變?!拔?guī)缀醮_認(rèn),如果人類表型組計(jì)劃能夠持續(xù)進(jìn)行,那么15年后,每個(gè)人的各種健康數(shù)據(jù)將可以通過手機(jī)快速生成,并從百萬人級的研究成果中確定適配的藥物。”
未來將針對慢性疾病進(jìn)行深入探索
面向未來,人類表型組計(jì)劃的下一步是什么?胡德從短期和長期兩個(gè)維度進(jìn)行了闡釋。
“從短期來看,應(yīng)當(dāng)使用豐富的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)驅(qū)動的方法,以2型糖尿病為起點(diǎn),針對4種主要慢性疾病開展研究和臨床試驗(yàn)?!焙抡f道。同時(shí),有必要探索縱向表型組學(xué),使用數(shù)字孿生技術(shù)(Digital Twin,也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像,是一種旨在精確反映物理對象的虛擬模型)獲得更多數(shù)據(jù),為個(gè)體的生命健康提供更深入的參考信息。
從長期來看,要推動人類表型組大科學(xué)計(jì)劃,必須由各國研究者們提出更長遠(yuǎn)的研究方案,充分應(yīng)用超大規(guī)模人工智能引擎,構(gòu)建知識圖譜。胡德認(rèn)為,未來十年,人類表型組計(jì)劃可能會見證并推動醫(yī)療質(zhì)量的顯著提高,實(shí)現(xiàn)醫(yī)療成本的顯著降低。
演講結(jié)束后,還有不少聽眾向胡德提問?!懊鎸θ松霓D(zhuǎn)折點(diǎn),應(yīng)該如何做好正確的選擇?”對復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院執(zhí)行院長田梅的這個(gè)問題,胡德答道:無論面臨什么轉(zhuǎn)變,自身特點(diǎn)、愛好和能力的結(jié)合很重要,個(gè)人選擇要與解決問題的能力相一致。他回憶起自己博士研究生時(shí)老師的教誨,“要始終走在時(shí)代前沿,并努力發(fā)明一種新的技術(shù)或方法?!?/p>
此外,自上世紀(jì)九十年代起,胡德單獨(dú)或合作創(chuàng)立多家生物技術(shù)公司,這些公司大多關(guān)注基因診斷以及醫(yī)療器械制造方向。對于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè),胡德也給出了他的建議。他認(rèn)為,科學(xué)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)當(dāng)與社會發(fā)展的實(shí)際需求結(jié)合起來。創(chuàng)業(yè)一定是充滿艱辛的過程,要有遠(yuǎn)大的志向,規(guī)劃好方向并落到實(shí)處。同時(shí),創(chuàng)新意味著和別人不一樣,“不能穿新鞋走老路,而要在實(shí)踐中證明自己與眾不同,并以樂觀自信的心態(tài)面對各種挑戰(zhàn)。”胡德說道。

現(xiàn)場聽眾提問。圖片來源:復(fù)旦大學(xué)
“中國是一塊創(chuàng)新熱土,相信未來會有更多創(chuàng)新企業(yè)在這塊土地上發(fā)展起來。上海已成為全世界生物醫(yī)學(xué)研發(fā)的中心之一。在人類表型組、基因組等研究方面,中國科學(xué)家已拔得頭籌。”胡德期待未來能開展更多合作,對生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域重要問題開展聯(lián)合攻關(guān)。
還有聽眾向胡德請教健康生活的秘訣,這位年過八旬仍精神矍鑠的老人在現(xiàn)場分享道:“我覺得鍛煉非常重要,我如今依然每天堅(jiān)持做100個(gè)俯臥撐,也經(jīng)常進(jìn)行球類運(yùn)動和跑步。建議大家多做有氧運(yùn)動,進(jìn)行適當(dāng)?shù)内は牒头潘??!?/p>





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