基因測序技術(shù)與分子診斷和腫瘤精準(zhǔn)診療
近年來，生物醫(yī)療行業(yè)的海量數(shù)據(jù)迅速積累，伴隨著大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)的突破、數(shù)據(jù)共享等契機的發(fā)展，大數(shù)據(jù)將在促進行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。隨著基因測 序技術(shù)的革新、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步以及大數(shù)據(jù)分析工具的出現(xiàn)，精準(zhǔn)醫(yī)療的時代已經(jīng)到來，并將為患者提供更精準(zhǔn)、高效、安全和適宜的診斷及治療手段。生物醫(yī) 藥大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)醫(yī)療的聯(lián)姻為實現(xiàn)健康醫(yī)療的精準(zhǔn)預(yù)防、精準(zhǔn)治療、精準(zhǔn)判斷預(yù)后等方案提供了可行之路。
來自北京大學(xué)臨床腫瘤學(xué)院呂有勇教授指出：所謂精準(zhǔn)醫(yī)療理念的提出，是建立在了解個體基因、環(huán)境以及生活方式基礎(chǔ)上對疾病的認(rèn)識并發(fā)展新型、適宜的預(yù)防和 診療方法。換言之，就是要克服千人一方、萬人一藥的瓶頸問題。因為，目前我們使用的許多治療藥物，受益的人是十分有限的，有些是有害健康的。所以我們需要 根據(jù)患者個體的遺傳基因特征，量體裁衣式地制定具有個性化的治療方案是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的目標(biāo)。與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的被動醫(yī)療相比，精準(zhǔn)醫(yī)療則采用健康管理的理念、主 動預(yù)測、預(yù)防和早期發(fā)現(xiàn)存在的問題并在早期治療疾病的模式，也是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的主流方向。基因測序技術(shù)能夠從微量血液或唾液樣本中分析測定基因的變化，預(yù) 測患病的風(fēng)險，并為后序的防治提供依據(jù)。
基因測序技術(shù)的快速發(fā)展推動全球精準(zhǔn)醫(yī)療強勢崛起。2015年全球精準(zhǔn)醫(yī)療市場規(guī)模近600億美元，預(yù)計2015年至2020年期間增速達15%，是醫(yī)藥 行業(yè)增速的3至4倍。作為當(dāng)今醫(yī)療領(lǐng)域的藍(lán)海區(qū)域，基因測序相關(guān)產(chǎn)業(yè)將面臨巨大的發(fā)展?jié)摿屯顿Y機遇，有望帶動行業(yè)市場規(guī)模進入黃金時代。
?大數(shù)據(jù)解讀是精準(zhǔn)醫(yī)療的基礎(chǔ)
精準(zhǔn)醫(yī)療是一個系統(tǒng)工程，基因組測序技術(shù)只是工具之一。如何將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化為健康管理和疾病防治的知識是全球生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括相關(guān)產(chǎn)業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù) 解讀是基礎(chǔ)，只有軟件、硬件有機結(jié)合，特別是臨床診療信息的智能分析才可能實現(xiàn)技術(shù)上可操作的精準(zhǔn)醫(yī)療。隨著大數(shù)據(jù)時代的開啟以及基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和 代謝組學(xué)的發(fā)展，包括白血病、肺癌、乳腺癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤等癌癥的生物標(biāo)志物或關(guān)鍵致病基因的研究取得了實質(zhì)性的進展，目前在臨床上可以根據(jù)患者個體基因組 信息來制定針對個體的治療方案，現(xiàn)有的分子靶向治療藥物是一個很有說服力的證據(jù)，通過個體基因組變異進行合理的用藥指導(dǎo)。這方面的進展，都離不開對人類基 因組和生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的智能分析和解讀，如何科學(xué)解讀大數(shù)據(jù)成為精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展的基礎(chǔ)。
呂有勇教授認(rèn)為，腫瘤是嚴(yán)重危害我國人民健康的重大疾病，腫瘤疾病的預(yù) 防和治療的關(guān)鍵在于早期診斷，早期治療。腫瘤疾病的傳統(tǒng)診斷手段基本上是以解剖學(xué)和影 像學(xué)為基礎(chǔ)，以臨床癥狀為前提，多數(shù)病人就醫(yī)時，腫瘤往往已發(fā)展到中晚期，難以取得有效的治療和康復(fù)效果。近年來，隨著基因組技術(shù)和分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展，立足 于基因組技術(shù)和分子醫(yī)學(xué)的腫瘤疾病分子診斷和疾病早期預(yù)警技術(shù)的研究和應(yīng)用，在國際上得到了快速發(fā)展。
基于基因組技術(shù)的分子診斷主要是指在采用現(xiàn)代分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)技術(shù)檢測人的特定基因或蛋白是否有異常，該技術(shù)具有靈敏度高、特異性強、適用范圍廣、 取材不受組織及時間限制、可用于疾病的預(yù)測或早期診斷的諸多優(yōu)勢?；蚝偷鞍姿降臉?biāo)志物能夠根據(jù)不同個體的生物學(xué)特性、臨床治療敏感性和預(yù)后差別，解決 包括腫瘤惡性程度、復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移、放化療敏感性、預(yù)后及癌前病變的監(jiān)測等問題。在臨床診療層面為因人施治（個體化）治療觀念提供依據(jù)。
由于基因診斷在臨床應(yīng)用中具備規(guī)模效益，能提高癌癥的早期診斷率和癌癥的治療水平，因此，對我國而言，發(fā)展有效的、與我國經(jīng)濟相適應(yīng)的腫瘤基因診斷篩查技術(shù)是提高我國腫瘤防治水平的關(guān)鍵問題，也是解決公眾“看病貴、看病難”的有效途徑之一。
近幾十年來，分子診斷技術(shù)逐步成熟，歐洲、美國和日本在疾病分子診斷研究和臨床應(yīng)用方面取得了重要進展。相比之下我國在這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展還比較落后，限制了我國分子診斷專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；呐R床應(yīng)用。
目前我國有關(guān)的醫(yī)院和科研機構(gòu)，通過應(yīng)用臨床分子診斷技術(shù)，包括基因和蛋白組學(xué)研發(fā)體系和臨床應(yīng)用方法，已經(jīng)開展了部分以腫瘤等重大疾病診斷為主的分子診 斷臨床或科研活動，通過科研協(xié)作的辦法使分子醫(yī)學(xué)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；呐R床研究已具備條件，有必要建立我國分子診斷技術(shù)臨床科研和應(yīng)用協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，跟蹤 和趕超通過疾病分子診斷技術(shù)開展疾病早期診斷的世界先進水平，規(guī)范基因診斷的技術(shù)體系，制定具有自主知識產(chǎn)權(quán)并且符合我國民族健康水平和疾病譜特點的分子 診斷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和健康管理信息庫。
通過建立我國分子診斷技術(shù)臨床科研和應(yīng)用協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，還可以對現(xiàn)有的人才、技術(shù)、資源和信息進行整合，形成基因診斷專業(yè)技術(shù)人才的培訓(xùn)基地,為社會輸送能夠 從事基因組大數(shù)據(jù)解讀和分子診斷臨床應(yīng)用研究與技術(shù)開發(fā)的專業(yè)人才，這對于建立我國基于基因組大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究體系和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑的意 義。
當(dāng)談到如何將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)醫(yī)療的知識時，呂有勇教授認(rèn)為，面對大數(shù)據(jù)，需要我們要突破四道阻力大障礙：即數(shù)據(jù)量大、類型繁多、價值密度低、速度快、時 效高；因此，需要我們具備預(yù)測和判斷能力、提煉和排除能力、集成和驗證能力、分類和評價能力。同時他進一步強調(diào)，大數(shù)據(jù)的解讀是普通計算機無法完成的，計 算機的計算能力和急劇上升的生物數(shù)據(jù)之間存在巨大差距，特別是云計算中心建立的問題。例如，我們參與國際腫瘤基因組協(xié)作聯(lián)盟的研究工作，美、加、英、德、 日、韓幾個國都已建立云計算中心支撐這項工作、我們在理念和具體實施方案上有較大差距。因此在數(shù)據(jù)時代，未來生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的競爭將主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)資源和計 算儲存資源兩方面。
云計算是連接大數(shù)據(jù)到精準(zhǔn)醫(yī)療的橋梁
云計算作為新興的IT技術(shù)，允許用戶通過方便的網(wǎng)絡(luò)隨時獲取基礎(chǔ)計算資源，而無需添置與維護昂貴的用于大數(shù)據(jù)存儲與分析的高性能計算硬件資源，采用虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)計算資源的快速擴展，用戶可以根據(jù)自己的存儲分析需求，快速調(diào)整資源配置，經(jīng)濟靈活。
呂有勇教授指出，云計算技術(shù)的成熟為生物大數(shù)據(jù)的解讀及精準(zhǔn)醫(yī)療提供了不可想象的發(fā)展空間。高通量測序數(shù)據(jù)分析、以及各類高通量生物學(xué)計算都將通過云計算 與云存儲等制定化服務(wù)及統(tǒng)一的分析流程的方式完成，而科研人員自己構(gòu)建本地的計算平臺與分析流程可能難以實現(xiàn)上述目標(biāo)。因此，以我國現(xiàn)有的具有生物資源優(yōu) 勢的醫(yī)療機構(gòu)和生物技術(shù)公司的人才、技術(shù)和條件優(yōu)勢為基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)計算構(gòu)架、大數(shù)據(jù)存儲與管理方案、大數(shù)據(jù)挖掘方法與流程，云技術(shù)的出現(xiàn)為科研 領(lǐng)域提供了解決方案，研究者可以通過網(wǎng)絡(luò)很方便的按照分析需求從云平臺服務(wù)商那里獲取廉價且靈活擴展的計算資源，從而滿足大數(shù)據(jù)存儲、管理、和智能分析的 要求。
呂有勇教授表示：他們一直在國內(nèi)尋求與具有生物信息學(xué)背景的云平臺提供商開展精準(zhǔn)醫(yī)療大數(shù)據(jù)研究，借助云技術(shù)聯(lián)合開展大數(shù)據(jù)處理、存儲、管理等方案。
百 邁客是主要從事高通量基因組測序與生物信息分析的服務(wù)商，率先推出了用于高通量測序與生物信息分析的商業(yè)化云計算平臺。利用百邁客生物云平臺進行大數(shù)據(jù)分 析，對人群進行基因組或轉(zhuǎn)錄組研究，解析其疾病調(diào)控機理或?qū)ふ疑飿?biāo)志物，可以更好地找到最適合的個性化醫(yī)療方案。此外，百邁客云的基因數(shù)據(jù)分析與可視化 技術(shù)；扎實的技術(shù)保障可以幫助研究人員更好地從大規(guī)?；驕y序數(shù)據(jù)中獲得致病基因或生物標(biāo)記的相關(guān)信息；使用起來確實非常方便，研究人員只需 要按照步驟點擊幾下，即可以通過PC或者Pad就可以查看數(shù)據(jù)解讀結(jié)果。
呂有勇教授最后還補充道：毫無疑問云計算作為連接大數(shù)據(jù)到精準(zhǔn)醫(yī)療的橋梁，在精準(zhǔn)醫(yī)療的建設(shè)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，我們不能錯失發(fā)展的機遇。
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呂有勇簡介
北 京大學(xué)腫瘤醫(yī)院二級教授，北京市腫瘤防治研究所資深研究員、博士生導(dǎo)師;?國家杰出青年基金獲得者，北京大學(xué)(醫(yī)學(xué)部)優(yōu)秀人才獎勵計劃和美國中華醫(yī)學(xué)會 杰出教授獎獲得者，全國百名青年醫(yī)學(xué)科技新星稱號，國務(wù)院特殊津貼專家。現(xiàn)擔(dān)任北京環(huán)境誘變劑學(xué)會副理事長，國際病理學(xué)雜志（Journal of pathology?）編委，國家973健康科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜医M成員，中國醫(yī)師協(xié)會科技促進委員會委員。從事腫瘤細(xì)胞及分子生物學(xué)的研究工作30余年，進行腫 瘤相關(guān)基因的鑒定、克隆及生物學(xué)功能研究,先后參加和主持863計劃，國家973腫瘤項目，國家杰出青年科學(xué)基金，北京市科委重點項目，國家自然科學(xué)基金等二十余項研究課題。在國內(nèi)外核心期刊?(Cancer Res, Mol.Cell Bio, Carcinogenesis, Oncogene, Clin Cancer Res, J Proteom Res，JCO，Nature, PNAS,?Gut, Gastroenterology，Cell Res等)發(fā)表論文和述評200余篇。
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