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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)催生精準醫(yī)療
·在胡德看來,數(shù)據(jù)驅動的健康和預防科學,是至今為止醫(yī)學史上最大的范式轉變?!拔?guī)缀醮_認,如果人類表型組計劃能夠持續(xù)進行,那么15年后,每個人的各種健康數(shù)據(jù)將可以通過手機快速生成,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?!?5歲高齡的美國四院(美國國家科學院、美國國家工程學院、美國國家醫(yī)學院、美國人文與藝術科學院)院士、中國科學院外籍院士萊諾·胡德(Leroy E. Hood)神采奕奕地說道。
7月3日,在復旦大學相輝堂舉辦的第三期“浦江科學大師講壇”上,胡德發(fā)表了以“人類表型組計劃:驅動醫(yī)療系統(tǒng)由疾病導向轉為健康與預防為主導的變革”為題的講座報告。
講座伊始,胡德以“盲人摸象”的比喻表示,在生物醫(yī)學和疾病研究中,如果只以單方面因素進行判斷,那便是“盲人摸象”?!爸挥胁扇∠到y(tǒng)的技術方法和多模并進的研究策略,我們才能更好地認識和理解人類生命系統(tǒng)?!焙抡J為,要判斷人的健康狀況并作出疾病診斷,應具有更加整體的視角。

論壇現(xiàn)場圖。圖片來源:復旦大學
開展“人類表型組計劃”,延長人類壽命
因此,胡德和復旦大學校長金力等學者一同發(fā)起了“人類表型組計劃”,“這可能是一個為期十年以上、百萬人級的計劃。”胡德在演講時說道。
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,一個人的表型包含身體的各種變化情況,囊括一個人的縱向生命軌跡。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)律和生物標志物,已成為當前國際學術界的共識。
胡德舉例:比如,表型組與人的年齡確定和壽命延長存在關聯(lián)。相關研究的算法應用可以確定人體的生物年齡,這是因為生物年齡來源于深層表型,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。
人類表型組計劃的研究也能更好促進腦健康?!按竽X和身體的健康是密切協(xié)調、相互促進的?!焙陆榻B,人的認知發(fā)展軌跡在35歲左右達到頂峰,之后就開始下降。相關研究成果能使80歲的老人恢復相當于他們在30歲時應有的認知能力,也能對大腦疾病進行早期檢測。
15年后,人們將可通過手機快速生成健康數(shù)據(jù)。
從1970年至今,胡德完整見證了生物學、醫(yī)學領域的七次范式變遷?!斑@七個階段都涉及到人類的復雜性,這也形成了我對于21世紀科學的看法。”胡德說。
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)結的。步入21世紀,他將醫(yī)學和信息技術相結合,提出了“P4醫(yī)學”的概念。所謂“P4醫(yī)學”,即以預測、預防、個性化和參與性(predictive, preventive, personalized & participatory)為特點的醫(yī)學。其中,參與性是最具挑戰(zhàn)性的特點,這要求從跨學科的視角開展研究,鼓勵各個學科的學者參與其中。
每一次生物學等領域的變遷都意味著更多可能性的出現(xiàn)。現(xiàn)在,面對大數(shù)據(jù)時代,胡德認為,采用基因組和縱向表型分析的數(shù)據(jù)驅動方法,能有效優(yōu)化個人健康評估,這種方法催生了以人口為基礎的精準醫(yī)療系統(tǒng)。他舉例:在一項為期4年、以5000人的數(shù)據(jù)為樣本的研究中,這一系統(tǒng)得到了驗證。在胡德看來,數(shù)據(jù)驅動的健康和預防科學,是至今為止醫(yī)學史上最大的范式轉變?!拔?guī)缀醮_認,如果人類表型組計劃能夠持續(xù)進行,那么15年后,每個人的各種健康數(shù)據(jù)將可以通過手機快速生成,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行深入探索
面向未來,人類表型組計劃的下一步是什么?胡德從短期和長期兩個維度進行了闡釋。
“從短期來看,應當使用豐富的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)驅動的方法,以2型糖尿病為起點,針對4種主要慢性疾病開展研究和臨床試驗。”胡德說道。同時,有必要探索縱向表型組學,使用數(shù)字孿生技術(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計劃,必須由各國研究者們提出更長遠的研究方案,充分應用超大規(guī)模人工智能引擎,構建知識圖譜。胡德認為,未來十年,人類表型組計劃可能會見證并推動醫(yī)療質量的顯著提高,實現(xiàn)醫(yī)療成本的顯著降低。
演講結束后,還有不少聽眾向胡德提問。“面對人生的轉折點,應該如何做好正確的選擇?”對復旦大學人類表型組研究院執(zhí)行院長田梅的這個問題,胡德答道:無論面臨什么轉變,自身特點、愛好和能力的結合很重要,個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老師的教誨,“要始終走在時代前沿,并努力發(fā)明一種新的技術或方法。”
此外,自上世紀九十年代起,胡德單獨或合作創(chuàng)立多家生物技術公司,這些公司大多關注基因診斷以及醫(yī)療器械制造方向。對于生物醫(yī)學領域的初創(chuàng)企業(yè),胡德也給出了他的建議。他認為,科學的產(chǎn)業(yè)化應當與社會發(fā)展的實際需求結合起來。創(chuàng)業(yè)一定是充滿艱辛的過程,要有遠大的志向,規(guī)劃好方向并落到實處。同時,創(chuàng)新意味著和別人不一樣,“不能穿新鞋走老路,而要在實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)?!焙抡f道。

現(xiàn)場聽眾提問。圖片來源:復旦大學
“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,中國科學家已拔得頭籌?!焙缕诖磥砟荛_展更多合作,對生命醫(yī)學等領域重要問題開展聯(lián)合攻關。
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,我如今依然每天堅持做100個俯臥撐,也經(jīng)常進行球類運動和跑步。建議大家多做有氧運動,進行適當?shù)内は牒头潘??!?/p>





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