数据驱动的人类表型组研究，带来疾病诊疗新曙光

“我这一生已见证了多次生命医学领域的研究范式变革，可以说，每一次变革都刷新了我们对庞大复杂的人体系统的认知。现在，正在进行中的人类表型组研究计划也通过研究范式变革，驱动医疗系统由疾病导向转为健康与预防为主导的变革。”著名科学家莱诺·胡德博士今天（7月3日）在复旦大学举行的浦江科学大师讲坛上如是说。

上海是全球三个表型组研究中心之一，也是全世界生命科学研究的前沿。胡德认为，由中国科学家发起的人类表型组计划将在未来15年从科学和技术层面改变人类的健康事业，为目前全球科学家联手攻关的阿尔兹海默病等重大疾病的防治提供支撑，为新药研发快速寻找靶点提供新的路径。同时，这一数据驱动的大科学计划，也将让人们未来在家就能用优化简便的方式来测量健康指标，并获得个性化的疾病预防和诊疗方案。

胡德是美国国家科学院、美国国家工程院和美国国家医学院的成员，这三个科学院在全球共计有6000名科学家成员，他是仅有的20位同时入选三院的院士之一。胡德同时也是美国艺术与人文科学院院士和中国科学院外籍院士，以及17家生物技术公司的共同创始人。

数年前，胡德与复旦大学校长、中科院院士金力共同发起人类表型组研究计划，目前正积极推动人类表型组计划在北美地区落地。

表型组研究，预示生命医学领域的又一次研究范式变革

人类的历史，也是一部与疾病抗争的历史，不论是20年前完成的人类基因组计划，还是人类表型组研究计划，都是希望实现人类更健康、长寿的目标。

所谓表型组，是指生物体从微观（即分子）组成到宏观、从胚胎发育到衰老死亡全过程中所有表型的集合。基因与环境（包含环境暴露和生活方式）共同决定了表型。人类表型组计划基于“测一切之可测”的理念，对人类的各种表型进行全尺度、全周期精密系统测量，从而解析基因-表型-环境之间以及宏观-微观表型之间的关联，进一步破解各种表型和人类健康与疾病的关系。

“这就涉及到将人作为一个整体的生命对象，找到那些与疾病相关的指标，并发现隐藏其间的关系。”胡德说，过去，人们对疾病的预测就像盲人摸象，但随着表型组研究的进展以及数据科学的发展，那些已被科学家掌握的关于人类健康的海量数据，终于可以得到更好的应用。

以疾病标记物为例。胡德的团队共研究了人体25种不同器官，并且找到了每一种器官相关的蛋白质标志物。比如，团队成员找到了88种只与肝脏有关的蛋白质，其中，究竟哪些蛋白质与肝脏疾病的发生、发展存在关联，相关研究正在推进之中。

“随着我们找到更多的标记物，包括与脑疾病相关的标记物以及影像中的特殊标记物，再通过人工智能大模型进行解读，我们就有可能提前预知疾病。”胡德坦言，每一次科研范式的转变都会带来诸多挑战，比如对现有科研机制和架构的不适应、科研思维方式的冲突，甚至在科研范式转变的早期，都会遇到来自同事、同行的质疑。

胡德30年前参加人类基因组计划时，当时，科学界的意见并不统一，甚至连人类基因组研究究竟是大科学还是小科学项目都存在争议，但最终，它成为了一个全新的科学领域。

“表型组研究在起始阶段也同样如此，但随着人类表型组研究的进展，当下我们医疗体系面临的五大挑战，即健康、衰老、减少慢性病发生、降低医疗成本以及更具包容性的疾病解决方案等，都将得到解决。”胡德说。

疾病和衰老，均可通过表型组研究“预知”

统计数据显示，大多数人一生中有20-30%的时间是身体健康最佳状态，“我们希望能把这个时间延长。即便年龄不断增长，生理、心理以及大脑的衰老和疾病也得到延缓和推迟。”胡德说，要达成这一目标，最重要的就是破解人体从健康到疾病再到恢复健康的转化过程。

胡德团队曾经对包含108个个体的样本进行为期4年的跟踪研究，在基于这些样本的6种大数据中发现了3.5万种不同的连接，而其中200种连接与健康与疾病转化有关，还有相当一部分与癌症相关。比如，样本中一位女性在体检中发现患有4期胰腺癌，回溯她过去几年的检测指标，发现她在两年前就有五种血液中蛋白质浓度偏高，其中两种被确认为与胰腺癌密切相关。

胡德说：“108个人的样本研究结果已带来足够的想象空间，如果样本是五千人、五万人乃至达到百万人的规模，可想而知，会对科学家寻找药物靶点、预防慢性病带来什么样的变化。”

数据驱动下的人类表型组研究，对全球科学家正联合攻坚的大脑认知退化的防治也带来了全新的认知。胡德团队关于阿尔兹海默病的最新研究去年就发表在知名的老年疾病研究杂志中。

“人类认知在35岁左右达到高峰，但有些老年人的大脑可以通过干预达到30多岁的水平。”他介绍，其团队的最新一项合作研究显示，可以用40种数字方法测量和评估健康的或者有疾病的大脑的25种认知能力，通过这一方式，不仅能了解大脑认知能力发展的轨迹，还能够帮助病人恢复自己的认知功能，这对于抑郁症、阿尔兹海默病等认知疾病的早期测量和干预有着重要意义。

同样，团队根据9000个样本量的人体肠道菌群测量，发现有一些20-30岁的健康肠道菌群，到了四五十岁时就会减少，到了80岁以上会大幅度减少，这是老龄化的一个重要指标，同时，部分菌群也与大脑健康密切相关。

胡德预计，表型组计划将在未来15年中产生大量的数据，通过人工智能的整合，未来每个人都可以利用收集在家测量健康指标，享受到科学发展和技术优化带来的好处；同时也将可以打造100万个数字孪生模型，来模拟疾病的发展过程，预估疾病的发生和发展，并为药物研发提供个性化的定制途径。

研究健康的科学家也有长寿的秘诀

对于从事生命医学研究并且致力于要推动人类健康变革的胡德来说，今年已经85岁的他仍然活跃在前沿科研领域，他坦言，他的研究告诉他运动和规律饮食以及适度节食是他保持活跃的重要秘诀。

至今他仍然能每天完成100个俯卧撑和深蹲，他说：“衰老的重要指标是肌肉的流失，保持有氧运动量可以重建流失的肌肉，并且使得身体吸入大量氧气，支持器官工作。”他对进餐的建议是在早晨7点前完成早餐，12点完成午餐，至于晚餐，如果有应酬的话拿酒适度的节食甚至少吃一顿。

对于年轻人，他建议要通过每一次转身构建自己不断上升的人生轨迹。“因为对于个人而言，通常人生轨迹是上升，然后进入平台期、下降。所以如果你在一个领域达到了某种高峰之后，要进入平台期了，你就要转向另一个新领域，这样才能不断上升。”胡德说，也许每15年就有一次华丽转身的机会，而目前在生物学中，表型组研究为研究人员带来了巨大的研究机遇和空间。

胡德预计表型组计划将在未来15年中产生大量的数据，通过人工智能的整合，未来每个人都可以利用收集在家测量健康指标，享受到科学发展和技术优化带来的好处。同时也将可以打造100万个数字孪生模型，来模拟疾病的发展过程，预估疾病的发生和发展，并为药物研发提供个性化的定制途径。

作者：姜澎

编辑：姜澎

图片来源：复旦大学供图