美科學家：大數據驅動的健康將革新醫療范式

“利用每個人的基因組學圖譜和表型組學測量來生成一個獨特的‘可操作的可能性’列表。在大多數情況下，這些積極主動的行為，經過臨床研究驗證，將優化健康，或防止/阻止軀體和大腦從健康向疾病的演變。當疾病演化發生時，全面的、整體的和數據驅動的方法將為精準醫療應對提供信息，即利用大規模數據分析為每個個體提供有效的治療建議。”

“醫療健康的發展已經來到一個臨界點。在過去以疾病為中心的醫療模式之下，我們針對疾病的癥狀進行治療，這種模式存在巨大局限性。實際上，疾病很早就已經出現了。現在我們有機會在疾病發病前就把它檢測出來，在它還沒有造成人體的損傷時就把它解決掉。我們現在有能力改變現有的醫學模式，轉換成新的范式。如今我們可以獲得豐富的資源，利用大規模人群隊列的數據來提供令人信服的證據，持續推進醫療保健的改革。”

2024年9月7日，由中華人民共和國科學技術部和上海市人民政府共同主辦的2024年浦江創新論壇（第十七屆）在張江科學會堂舉行，美國國家科學院、美國國家工程院、美國國家醫學院、美國藝術與科學院四院院士及中國科學院外籍院士勒羅伊·胡德（Leroy Hood，曾用中文譯名萊諾·伊·胡德）在會議期間接受媒體采訪時表達了上述觀點。

在當日舉行的“國際人類表型組：表型組與精準醫學”專題論壇上，國際人類表型組計劃系列叢書《科學驅動的全面健康時代》首次發布。該書的作者是胡德和美國系統生物學研究所教授、Thorne HealthTech公司首席科學官內森·普賴斯（Nathan Price）。

胡德是自動DNA測序技術的領軍人物之一。1986年，他發明了世界上第一臺DNA自動測序儀，這個機器使人類基因組測序成為了可能，從而催生了基因時代。他還開發了一系列突破性科學儀器，包括第一臺氣相蛋白質測序儀（1982年）、DNA合成儀（1983年）、肽合成儀（1984年）等。20世紀80年代，因為在免疫多樣性方面的研究，他獲得了被稱為“諾獎風向標”的拉斯克基礎醫學研究獎。他也是人類基因組計劃的關鍵人物之一，他認為，表型組研究能帶來大數據驅動的健康，最終實現早期預防、個性化治療的目標。

《科學驅動的全面健康時代》。主辦方供圖

從“以疾病為中心”到“以健康為中心”

胡德被譽為“系統生物學之父”。近年來，他提出了“P4醫學”的概念，即一種預測性（predictive）、預防性（preventive）、個性化（personalized）和參與性（participatory）的醫學——這是他對未來醫學的愿景。“我們的身體是一個‘集合了眾多系統的系統’（system of systems），疾病在身體某處引起的異常反應可能會導致另一區域看似不相關的問題。將人體狀態二元分類為‘健康’（不需要醫療服務）或‘疾病’（需要醫療服務）對我們并沒有什么好處。然而，這恰恰是如今醫療保健系統的構建方式。”胡德在書中寫道。

在書中，胡德提出了“科學驅動的全面健康”的理念，將人體視為一個復雜的而又內在相互關聯的整體，通過現代科技的人體精密測量技術收集縱向、動態的數據，生成個人的密集動態數據云，通過人群數據與個人數據來開發個性化健康方案。

這將引領醫療保健系統向“以健康為中心”轉變，產生一種新的醫療標準。“利用每個人的基因組學圖譜和表型組學測量來生成一個獨特的‘可操作的可能性’列表。在大多數情況下，這些積極主動的行為，經過臨床研究驗證，將優化健康，或防止/阻止軀體和大腦從健康向疾病的演變。當疾病演化發生時，全面的、整體的和數據驅動的方法將為精準醫療應對提供信息，即利用大規模數據分析為每個個體提供有效的治療建議。”胡德寫道。

但實現這種愿景是非常困難的，胡德并不諱言這一點，“如果不困難，就不會是革命性的。”他在書中指出，“P4醫學”的前3個“P”是由科學驅動的，而第4個“P”，即參與性，是心理學、社會學和經濟學上的挑戰，亦是“21世紀醫學面臨的最大挑戰”。他相信，實現這種愿景所必需的主要行動將在未來15-20年內完成。

在接受媒體采訪時，胡德呼吁加強科學研究的國際交流與合作。“健康應該是普羅大眾的，是每個人都應該享受的權利。所以應該盡可能地交換關于健康科研的信息，這樣能夠有效地促進和改變每個人的健康狀態。在健康這樣的科學議題上，各國政府應當加強合作，促進交流，來加速數據驅動的巨大的健康機遇。”

國際人類表型組研究的中國進展

國際人類表型組研究計劃是實現“以健康為中心”的醫療保健體系的重要路徑之一。2018年，復旦大學校長金力院士、胡德院士、英國醫學科學院院士杰里米·尼克爾森（Jeremy Nicholson）共同在上海發起了國際人類表型組研究協作組，標志著人類表型組國際大科學計劃在科學界實質性啟動。目前，已有來自20個國家的24位領軍學者團隊加入。

據了解，表型組是指生物體從胚胎發育到成長、衰老、死亡過程中所有生物學性狀的集合，是基因與環境及兩者互作的產物。人類表型組是人類基因組之后揭示人類生命奧秘的又一關鍵，人類表型組計劃的最重要目標就是對大規模人群隊列開展跨尺度、全周期的人體系統精密測量，來探尋疾病與環境、表型之間的關聯，“拼出”全人類的生命奧秘的完整“拼圖”，創造改善人類健康的新范式。

金力在為《科學驅動的全面健康時代》所作的序中介紹了中國的表型組研究進展：“我們在上海市的支持下，經過5年的布局與發展，建成了全球首個跨尺度、多維度、一站式人類

表型組精密測量平臺，可一站式集成測量從微觀的蛋白質組、代謝組、核酸組、細胞組到宏觀的生物醫學影像、人體外觀、皮膚、睡眠、生物電、心理等二十三類不同尺度的表型。利用表型組精密測量平臺，我們完成了全球第一個覆蓋表型指標最多、規模最大的健康人群表型組學縱向隊列，已有超過千人每人接受測量了超2.4萬個表型指標。基于這個自然人群深度表型組隊列數據，我們繪制出第一張人類表型組導航圖，發現150余萬個表型之間的強關聯，其中約39%為跨尺度關聯，且大部分是科學界首次發現。這張全景導航圖可以為表型組學研究提供大量多維度、跨尺度的關聯信息，指導新型表型調控機制的發掘與驗證。在我們推進中國人群表型組研究工作的同時，中方團隊還研發了全球第一套多組學標準物質‘中華家系1號’，開創了生物醫學‘度量衡’新體系，為全球推進人類表型組計劃奠定堅實的基礎。”

對于大數據驅動健康的模式，公眾可能生發的一個疑問是：如何確保數據流通的安全性？胡德告訴澎湃科技，研究者主要從參與試驗的個體中收集兩類數據，一類是基因組數據，它是公認的敏感數據，可以直接定位到個人。另一類是表型組數據，它們不是很敏感的數據。2015年到2019年，他創立了一家公司，招募到了5000名的試驗參與者，收集了他/她們的基因組和表型組數據，形成了一個數據庫。他們采用的方法是把數據與個體本身分離，即“去標簽化”，再進行數據分析，然后把分析結果返回給醫生。除了醫生，沒有人知道這些數據是誰的。因此，對于保護數據安全，胡德提出了兩種方式：去標簽化，以及良好的安全系統——一個能夠防止99%以上入侵的系統。“這也是中國的團隊正在做的。”

該書的譯者之一、上海國際人類表型組研究院數字健康研究所執行所長丁國徽在該書的前言中介紹，其團隊以國際人類表型組計劃一期產生的數據為基礎，構建人類表型組通用數據模型，制定良好的數據治理規范，為健康數據交互和質量控制提供解決方案，并已經根據安全合規的要求，推動數據要素化人群生物數據標準體系和安全機制建設，設計了下一代生物醫學數據基礎設施。