陳潤生 中國科學(xué)院生物物理研究所研究員

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當(dāng)今，大數(shù)據(jù)、人工智能在各行各業(yè)都已顯現(xiàn)出其重要性，醫(yī)療領(lǐng)域也迎來了大數(shù)據(jù)時(shí)代。隨著醫(yī)學(xué)界對(duì)人類遺傳基因密碼的破譯，一個(gè)具有顛覆意義的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代正悄然到來。面對(duì)疾病，人們不再被動(dòng)，而是可以主動(dòng)出擊。我們將從精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的核心、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)給醫(yī)學(xué)界帶來的本質(zhì)性變化、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)、目前精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展階段等方面展開，全面生動(dòng)、深入淺出地分析了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、基因組、大數(shù)據(jù)的主題。

在探討生物醫(yī)學(xué)熱點(diǎn)之前，我們先一起來回顧一下中學(xué)時(shí)期的生物學(xué)知識(shí)。我們知道，所有的生命，包括人，都是由細(xì)胞組成的。細(xì)胞里面有一個(gè)細(xì)胞核，細(xì)胞核里面有很多棒狀的東西，即染色體。我們現(xiàn)在證明，染色體是遺傳物質(zhì)。我們一代傳一代的信息、知識(shí)就存在在細(xì)胞核里的一個(gè)個(gè)染色體中。那么，遺傳物質(zhì)到底是什么？染色體是什么？我們把它拉長了，大家可以看到，它是一個(gè)很長很長的分子，也就是所謂的DNA。遺傳物質(zhì)不同，人也就有了差別。遺傳物質(zhì)如果變得不正常，就有可能導(dǎo)致疾病。

為什么說這個(gè)很長很長的分子跟我們的遺傳有關(guān)？大家知道，人的染色體有23對(duì)，其中22對(duì)都是一樣的；每個(gè)染色體都有兩個(gè)，一個(gè)來自父親、一個(gè)來自母親；最后一對(duì)染色體，即性染色體，如果是不一樣的就決定這個(gè)出生的是男孩，如果一樣則出生的是女孩。其中，如果第13號(hào)染色體多了一塊，就會(huì)導(dǎo)致嬰兒的先天愚型。這就說明，這個(gè)遺傳物質(zhì)是不能動(dòng)的，動(dòng)了以后就帶有遺傳上潛在的危險(xiǎn)。我們再從分子上看，這個(gè)很長很長的遺傳密碼是由四個(gè)不同的元件組成的，也就是四種符號(hào)。一個(gè)人的遺傳密碼到底有多長？約30億個(gè)字符。如果測完自己的遺傳密碼，想把你的遺傳密碼裝訂成書，一頁打上3000個(gè)遺傳密碼、100頁訂成1本書，可以訂1萬本，每本1厘米的話就有1萬厘米，有40層樓房高。

最近三十年，人類生物和醫(yī)學(xué)歷史上有一個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)展，就是我們可以測量任何一個(gè)人的遺傳密碼了，即人們可以從遺傳密碼的分子水平上來看待生物學(xué)、醫(yī)學(xué)。由于這個(gè)遺傳密碼是一個(gè)很大的數(shù)據(jù)，生物醫(yī)學(xué)也進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。2015年，美國總統(tǒng)奧巴馬在白宮提出2015-2016年國情咨文，特別講到鑒于整個(gè)科技的發(fā)展，美國要啟動(dòng)所謂精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)（Precision Medicine）。全世界進(jìn)入了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代，其背景就是以遺傳密碼為代表的劃時(shí)代的進(jìn)展。2015年，我們國家也布置了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃。經(jīng)過2015年，我們國家的重大專項(xiàng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)進(jìn)入了實(shí)施和評(píng)估階段；到2016年，大約有60個(gè)關(guān)于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施，國家大約投資了10億人民幣。所以，我們國家的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)也在跟國際同步發(fā)展。

一、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的核心是什么

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)這個(gè)詞已經(jīng)被大家普遍談?wù)?，不止精?zhǔn)醫(yī)學(xué)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等概念也都出現(xiàn)了。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)在學(xué)術(shù)上的含義到底是什么？非常簡單，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)就是組學(xué)大數(shù)據(jù)與醫(yī)學(xué)的結(jié)合，換句話說就是把遺傳密碼研究以來出現(xiàn)的新信息用到醫(yī)學(xué)，特別是臨床醫(yī)學(xué)上的工作。

自從人的遺傳密碼被破譯以后，人們發(fā)現(xiàn)不同的人的遺傳密碼是不一樣的，所以才導(dǎo)致每個(gè)人都不一樣。更重要的發(fā)現(xiàn)是，得了一些重要疾病，比如腫瘤的病人的遺傳密碼跟正常人相比，某些密碼的位點(diǎn)變了，所以才容易罹患腫瘤。也正因?yàn)槠谱g了遺傳密碼，我們就知道，某些關(guān)鍵的遺傳密碼要是變了，一個(gè)人說不定就會(huì)罹患非常嚴(yán)重的病。比如年輕人突發(fā)腦血管、心肌梗塞等意外很大原因也跟遺傳有關(guān)，也正因?yàn)橛羞@些新的遺傳信息，我們在診斷治療中多了一些新的手段，使得疾病的預(yù)測更加準(zhǔn)確。所以，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)之所以能夠引起人們的重視，正是因?yàn)樗黾恿饲八从械男畔?，包括基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組、表觀遺傳組。

遺傳密碼破譯以后就先出現(xiàn)了一個(gè)詞，叫轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)。轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)就是希望把新出現(xiàn)的遺傳密碼中的信息轉(zhuǎn)化到醫(yī)學(xué)中來。進(jìn)而，針對(duì)每個(gè)個(gè)體、不同的遺傳密碼變化，施加不同的治療，也就出現(xiàn)了個(gè)體化醫(yī)學(xué)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)就是在這個(gè)基礎(chǔ)上被提出的，也叫普惠健康、大眾健康。

美國著名影星安吉麗娜·朱莉有家族性乳腺癌史，曾祖母、祖母和姨媽都是因乳腺癌去世。她非常擔(dān)心自己會(huì)重蹈家庭悲劇，因此她去做了基因檢測。結(jié)果，她的基因檢測顯示體內(nèi)攜帶乳腺癌基因BRCA1突變，患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)87%，在此情形下，她與醫(yī)生商量后進(jìn)行了預(yù)防性乳腺切除，把乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)降低到了5%以下。我們可以從這個(gè)例子看到遺傳密碼檢測的作用，就是在沒有發(fā)病之前先決定了有發(fā)病的可能，然后采取預(yù)防措施。

來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的MichaelSnyder領(lǐng)導(dǎo)完成了一項(xiàng)歷時(shí)兩年半的跟蹤實(shí)驗(yàn)。他定期做抽血檢查，跟蹤監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)的4萬余種不同的分子的起伏變化情況：從激素到血糖，到免疫系統(tǒng)蛋白和突變的基因，無所不包。他也見證了遺傳基因上易患糖尿病的自己，不久之后真的罹患此病。在這項(xiàng)研究中，Snyder對(duì)自己的基因組進(jìn)行了測序。DNA檢測表明，他罹患II型糖尿病的危險(xiǎn)很高。雖然他的醫(yī)生沒有發(fā)現(xiàn)他正處于病情發(fā)展期的任何表征，他的自檢還是查出了早期跡象。不久，他就患上了糖尿病。在確診后，Snyder調(diào)節(jié)了飲食，加大了運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行減肥，控制住了病情。眾多案例表明了有了遺傳密碼這些組學(xué)大數(shù)據(jù)以后，我們在應(yīng)對(duì)某些嚴(yán)重疾病方面增加了更多的信心。