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)時代。隨著醫(yī)學(xué)界對人類遺傳基因密碼的破譯，一個具有顛覆意義的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代正悄然到來。面對疾病，人們不再被動，而是可以主動出擊。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、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)熱點之前，我們先一起來回顧一下中學(xué)時期的生物學(xué)知識。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、知識就存在在細(xì)胞核里的一個個染色體中。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，其中22對都是一樣的；每個染色體都有兩個，一個來自父親、一個來自母親；最后一對染色體，即性染色體，如果是不一樣的就決定這個出生的是男孩，如果一樣則出生的是女孩。其中，如果第13號染色體多了一塊，就會導(dǎo)致嬰兒的先天愚型。這就說明，這個遺傳物質(zhì)是不能動的，動了以后就帶有遺傳上潛在的危險。我們再從分子上看，這個很長很長的遺傳密碼是由四個不同的元件組成的，也就是四種符號。一個人的遺傳密碼到底有多長？約30億個字符。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)歷史上有一個劃時代的進(jìn)展，就是我們可以測量任何一個人的遺傳密碼了，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)。由于這個遺傳密碼是一個很大的數(shù)據(jù)，生物醫(yī)學(xué)也進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時代。2015年，美國總統(tǒng)奧巴馬在白宮提出2015-2016年國情咨文，特別講到鑒于整個科技的發(fā)展，美國要啟動所謂精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)（Precision Medicine）。全世界進(jìn)入了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代，其背景就是以遺傳密碼為代表的劃時代的進(jìn)展。2015年，我們國家也布置了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計劃。經(jīng)過2015年，我們國家的重大專項精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)進(jìn)入了實施和評估階段；到2016年，大約有60個關(guān)于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的項目已經(jīng)實施，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)這個詞已經(jīng)被大家普遍談?wù)摚恢咕珳?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，某些密碼的位點變了，所以才容易罹患腫瘤。也正因為破譯了遺傳密碼，我們就知道，某些關(guān)鍵的遺傳密碼要是變了，一個人說不定就會罹患非常嚴(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)，也正因為有這些新的遺傳信息，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，正是因為它增加了前所未有的信息，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，針對每個個體、不同的遺傳密碼變化，施加不同的治療，也就出現(xiàn)了個體化醫(yī)學(xué)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)就是在這個基礎(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)險降低到了5%以下。我們可以從這個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)完成了一項歷時兩年半的跟蹤實驗。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。在這項研究中，Snyder對自己的基因組進(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，加大了運動量進(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)對某些嚴(yán)重疾病方面增加了更多的信心。