浦江科学大师讲坛开讲 解密人类表型组计划如何实现“治未病”

“通过健康指标上的蛛丝马迹，对疾病作出预防，可以让我们活到90岁甚至更长寿。”近日，第三期浦江科学大师讲坛在复旦大学开讲，美国四院院士、中国科学院外籍院士、拉斯克奖获得者莱诺·胡德在作题为“人类表型组计划：驱动医疗系统由疾病导向转为健康与预防为主导的变革”的主旨演讲时如是说。

人类表型组计划是生命科学领域一项国际大科学计划。作为计划的联合发起人，胡德认为，人类表型组计划对于解析人类进化史、推动精准医学发展及新药研发、提高疾病诊断准确性具有重要意义。同时，这一数据驱动的大科学计划，也将使个性化的疾病预防和诊疗方案变得简单易得，“未来15年内，人们在家里就可以用手机检测自己的健康，每个人都将从中受益。”

  第三期浦江科学大师讲坛在复旦大学开讲，美国四院院士莱诺·胡德作主旨演讲。 戚心茹 摄

数据驱动医学发生革命性范式改变

“消未起之患，治未病之疾”，这是千百年来医家的共同理想。进入21世纪，人类表型组计划启动实施，为疾病的预测预防带来了新的可能。

所谓表型组，是指生物体从微观组成到宏观、从胚胎发育到衰老死亡全过程中所有表型的集合，基因和环境的相互作用共同决定了表型。系统解析表型组与基因组以及不同表型之间的关联，发现人类健康和疾病等表型特征形成的内在规律和生物标志物，已成为当前国际学术界的共识。

“在生物医学和疾病研究中，如果只以单方面因素进行判断，对疾病的预测就像‘盲人摸象’，表型组研究的进展和数据科学的发展，使科学家在判断人的健康状况时有了更系统的技术方法和数据支撑。”胡德说。

从1970年至今，胡德完整见证了生物学、医学领域的多次范式变迁。他介绍，20世纪70年代，工程学开始被引入生物学，从而形成工程生物学；20世纪90年代，各国生物学家和基因诊断方面的专家开始参与到人类基因组工程中；进入21世纪，生物学的学科壁垒进一步打破，数学家、工程学家、生理物理学家等联合起来，系统生物研究范式开始形成；其后，精准健康研究受到关注，他本人提出“P4医学”概念，即以预测、预防、个性化和参与性为特点的医学，开启了更多跨学科研究；2020年至今，人工智能被引入个体大数据分析中，人体健康轨迹的绘制成为健康科学重要发展方向。

“数据驱动的健康和预防科学，是迄今为止医学史上最重要的范式转变。”胡德说，采用基因组和纵向表型分析的数据驱动方法，能有效优化个人健康评估，这种方法催生了精准医疗系统，在一项为期4年、以5000人的数据为样本的研究中，这一系统得到了验证。

  第三期浦江科学大师讲坛在复旦大学开讲，美国四院院士莱诺·胡德回答听众提问。戚心茹 摄

“未来15年内，人们可在家中用手机检测自己的健康”

统计显示，大多数人一生中有20%至30%的时间是处于最佳的健康状态，“我们的愿景是把这个时间延长，让衰老和疾病得到很大程度上的延迟，而要达成这一目标，就是要尽早发现身体从健康向疾病转换的早期指征，并采取干预措施。”胡德说。

“血液是研究健康和疾病的重要窗口。”胡德举例说，一位女性在体检中发现患有4期胰腺癌，回溯她的检测指标，发现她在确诊前的两年时间里，血液中有5种蛋白质浓度偏高，其中2种被确认为与胰腺癌相关。

这位女性是胡德团队研究的108个个体样本之一，仅是基于这些样本的研究，团队就发现了不同数据间存在3.5万种有价值的连接，其中200种与健康和疾病的转化有关。“试想一下，如果我们研究5000个人，会得到什么样的研究结果，至少对于寻找药物靶点是极其有用的。”

对于人类表型组计划，国际学术界共识是，其目前仍处于发现期，短期看需要使用多种方法获得更多数据，为个体生命健康提供更深入的参考信息，长期看应充分应用超大规模人工智能引擎，构建起完备的知识图谱。

“如果表型组计划能够持续进行，未来15年中将产生大量数据，通过人工智能的整合，每个人的各种健康数据都可以用手机快速生成，并从百万样本级的研究成果中确定自己适配的药物。同时，研究者还可以打造百万个数字孪生模型，预估和模拟疾病发展过程，为药物研发提供个性化的定制途径。”胡德说。

  第三期浦江科学大师讲坛在复旦大学开讲，现场听众向美国四院院士莱诺·胡德提问。戚心茹 摄

寄语青年：要敢于突破人生瓶颈期

胡德的一生，似乎总在打破常规，他横跨多个领域，将物理、化学、计算机等多种学科、多种技术有机结合，共同破译生命密码。他也由此鼓励青年学生，要敢于突破人生的瓶颈期，寻找新的领域并不断努力。

“面对人生转折点，应该如何做正确的选择？”有听者发问，胡德答道：无论面临什么转变，自身特点、爱好和能力的结合很重要，个人选择要与解决问题的能力相一致。他回忆起自己年轻时老师的教诲，“要始终走在时代前沿，并努力发明一种新的技术或方法。”

20世纪90年代起，胡德单独或合作创立多家生物技术公司，这些公司大多关注基因诊断及相关医疗器械制造。胡德认为，科学的产业化应当和社会发展实际需求相结合。同时，创新意味着和别人不一样，不能穿新鞋走老路，而要在实践中证明自己与众不同，以乐观心态迎接各种挑战。

“上海已成为全世界生物医学研发中心之一，在人类表型组、基因组等研究方面，中国科学家已拔得头筹。”胡德说，中国是一块创新热土，会有更多创新企业在这块土地上发展起来，期待未来能与中国科研机构、中国科学家开展更多联合攻关。

“浦江科学大师讲坛”由上海市政协发起并主管，上海市政协科技和教育委员会、复旦大学、中共上海市科学技术工作委员会、上海市科学技术委员会、上海市科学技术协会共同主办，世界顶尖科学家协会协办。