基因測序技術(shù)與分子診斷和腫瘤精準診療
近年來(lái)，生物醫療行業(yè)的海量數據迅速積累，伴隨著(zhù)大數據處理關(guān)鍵技術(shù)的突破、數據共享等契機的發(fā)展，大數據將在促進(jìn)行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。隨著(zhù)基因測 序技術(shù)的革新、生物醫學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及大數據分析工具的出現，精準醫療的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，并將為患者提供更精準、高效、安全和適宜的診斷及治療手段。生物醫 藥大數據與精準醫療的聯(lián)姻為實(shí)現健康醫療的精準預防、精準治療、精準判斷預后等方案提供了可行之路。
來(lái)自北京大學(xué)臨床腫瘤學(xué)院呂有勇教授指出：所謂精準醫療理念的提出，是建立在了解個(gè)體基因、環(huán)境以及生活方式基礎上對疾病的認識并發(fā)展新型、適宜的預防和 診療方法。換言之，就是要克服千人一方、萬(wàn)人一藥的瓶頸問(wèn)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 根據患者個(gè)體的遺傳基因特征，量體裁衣式地制定具有個(gè)性化的治療方案是未來(lái)醫學(xué)發(fā)展的目標。與傳統醫學(xué)的被動(dòng)醫療相比，精準醫療則采用健康管理的理念、主 動(dòng)預測、預防和早期發(fā)現存在的問(wèn)題并在早期治療疾病的模式，也是未來(lái)醫學(xué)發(fā)展的主流方向?；驕y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 測患病的風(fēng)險，并為后序的防治提供依據。
基因測序技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)全球精準醫療強勢崛起。2015年全球精準醫療市場(chǎng)規模近600億美元，預計2015年至2020年期間增速達15%，是醫藥 行業(yè)增速的3至4倍。作為當今醫療領(lǐng)域的藍海區域，基因測序相關(guān)產(chǎn)業(yè)將面臨巨大的發(fā)展潛力和投資機遇，有望帶動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)規模進(jìn)入黃金時(shí)代。
?大數據解讀是精準醫療的基礎
精準醫療是一個(gè)系統工程，基因組測序技術(shù)只是工具之一。如何將大數據轉 化為健康管理和疾病防治的知識是全球生物醫學(xué)領(lǐng)域，包括相關(guān)產(chǎn)業(yè)界面臨的挑戰。大數據 解讀是基礎，只有軟件、硬件有機結合，特別是臨床診療信息的智能分析才可能實(shí)現技術(shù)上可操作的精準醫療。隨著(zhù)大數據時(shí)代的開(kāi)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)瘤等癌癥的生物標志物或關(guān)鍵致病基因的研究取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，目前在臨床上可以根據患者個(gè)體基因組 信息來(lái)制定針對個(gè)體的治療方案，現有的分子靶向治療藥物是一個(gè)很有說(shuō)服力的證據，通過(guò)個(gè)體基因組變異進(jìn)行合理的用藥指導。這方面的進(jìn)展，都離不開(kāi)對人類(lèi)基 因組和生物醫學(xué)大數據的智能分析和解讀，如何科學(xué)解讀大數據成為精準醫療發(fā)展的基礎。
呂有勇教授認為，腫瘤是嚴重危害我國人民健康的重大疾病，腫瘤疾病的預 防和治療的關(guān)鍵在于早期診斷，早期治療。腫瘤疾病的傳統診斷手段基本上是以解剖學(xué)和影 像學(xué)為基礎，以臨床癥狀為前提，多數病人就醫時(shí)，腫瘤往往已發(fā)展到中晚期，難以取得有效的治療和康復效果。近年來(lái)，隨著(zhù)基因組技術(shù)和分子醫學(xué)的發(fā)展，立足 于基因組技術(shù)和分子醫學(xué)的腫瘤疾病分子診斷和疾病早期預警技術(shù)的研究和應用，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(shí)間限制、可用于疾病的預測或早期診斷的諸多優(yōu)勢?；蚝偷鞍姿降臉酥疚锬軌蚋鶕煌瑐€(gè)體的生物學(xué)特性、臨床治療敏感性和預后差別，解決 包括腫瘤惡性程度、復發(fā)轉移、放化療敏感性、預后及癌前病變的監測等問(wèn)題。在臨床診療層面為因人施治（個(gè)體化）治療觀(guān)念提供依據。
由于基因診斷在臨床應用中具備規模效益，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(wèn)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(lái)，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用方面取得了重要進(jìn)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(zhuān)業(yè)化、標準化、規?；呐R床應用。
目前我國有關(guān)的醫院和科研機構，通過(guò)應用臨床分子診斷技術(shù)，包括基因和蛋白組學(xué)研發(fā)體系和臨床應用方法，已經(jīng)開(kāi)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(dòng)，通過(guò)科研協(xié)作的辦法使分子醫學(xué)專(zhuān)業(yè)化、標準化、規?；呐R床研究已具備條件，有必要建立我國分子診斷技術(shù)臨床科研和應用協(xié)作網(wǎng)絡(luò )，跟蹤 和趕超通過(guò)疾病分子診斷技術(shù)開(kāi)展疾病早期診斷的世界先進(jìn)水平，規范基因診斷的技術(shù)體系，制定具有自主知識產(chǎn)權并且符合我國民族健康水平和疾病譜特點(diǎn)的分子 診斷技術(shù)標準和健康管理信息庫。
通過(guò)建立我國分子診斷技術(shù)臨床科研和應用協(xié)作網(wǎng)絡(luò )，還可以對現有的人才、技術(shù)、資源和信息進(jìn)行整合，形成基因診斷專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的培訓基地,為社會(huì )輸送能夠 從事基因組大數據解讀和分子診斷臨床應用研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)人才，這對于建立我國基于基因組大數據的精準醫學(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。
當談到如何將大數據轉化為精準醫療的知識時(shí)，呂有勇教授認為，面對大數據，需要我們要突破四道阻力大障礙：即數據量大、類(lèi)型繁多、價(jià)值密度低、速度快、時(shí) 效高；因此，需要我們具備預測和判斷能力、提煉和排除能力、集成和驗證能力、分類(lèi)和評價(jià)能力。同時(shí)他進(jìn)一步強調，大數據的解讀是普通計算機無(wú)法完成的，計 算機的計算能力和急劇上升的生物數據之間存在巨大差距，特別是云計算中心建立的問(wèn)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(gè)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(shí)施方案上有較大差距。因此在數據時(shí)代，未來(lái)生物醫學(xué)發(fā)展的競爭將主要體現在數據資源和計 算儲存資源兩方面。
云計算是連接大數據到精準醫療的橋梁
云計算作為新興的IT技術(shù)，允許用戶(hù)通過(guò)方便的網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)獲取基礎計算資源，而無(wú)需添置與維護昂貴的用于大數據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(shí)現計算資源的快速擴展，用戶(hù)可以根據自己的存儲分析需求，快速調整資源配置，經(jīng)濟靈活。
呂有勇教授指出，云計算技術(shù)的成熟為生物大數據的解讀及精準醫療提供了不可想象的發(fā)展空間。高通量測序數據分析、以及各類(lèi)高通量生物學(xué)計算都將通過(guò)云計算 與云存儲等制定化服務(wù)及統一的分析流程的方式完成，而科研人員自己構建本地的計算平臺與分析流程可能難以實(shí)現上述目標。因此，以我國現有的具有生物資源優(yōu) 勢的醫療機構和生物技術(shù)公司的人才、技術(shù)和條件優(yōu)勢為基礎，建立統一的大數據計算構架、大數據存儲與管理方案、大數據挖掘方法與流程，云技術(shù)的出現為科研 領(lǐng)域提供了解決方案，研究者可以通過(guò)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(jià)且靈活擴展的計算資源，從而滿(mǎn)足大數據存儲、管理、和智能分析的 要求。
呂有勇教授表示：他們一直在國內尋求與具有生物信息學(xué)背景的云平臺提供商開(kāi)展精準醫療大數據研究，借助云技術(shù)聯(lián)合開(kāi)展大數據處理、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(jìn)行大數據分 析，對人群進(jìn)行基因組或轉錄組研究，解析其疾病調控機理或尋找生物標志物，可以更好地找到最適合的個(gè)性化醫療方案。此外，百邁客云的基因數據分析與可視化 技術(shù)；扎實(shí)的技術(shù)保障可以幫助研究人員更好地從大規?；驕y序數據中獲得致病基因或生物標記的相關(guān)信息；使用起來(lái)確實(shí)非常方便，研究人員只需 要按照步驟點(diǎn)擊幾下，即可以通過(guò)PC或者Pad就可以查看數據解讀結果。
呂有勇教授最后還補充道：毫無(wú)疑問(wèn)云計算作為連接大數據到精準醫療的橋梁，在精準醫療的建設過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)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(jiǎn)介
北 京大學(xué)腫瘤醫院二級教授，北京市腫瘤防治研究所資深研究員、博士生導師;?國家杰出青年基金獲得者，北京大學(xué)(醫學(xué)部)優(yōu)秀人才獎勵計劃和美國中華醫學(xué)會(huì ) 杰出教授獎獲得者，全國百名青年醫學(xué)科技新星稱(chēng)號，國務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家?，F擔任北京環(huán)境誘變劑學(xué)會(huì )副理事長(cháng)，國際病理學(xué)雜志（Journal of pathology?）編委，國家973健康科學(xué)領(lǐng)域專(zhuān)家組成員，中國醫師協(xié)會(huì )科技促進(jìn)委員會(huì )委員。從事腫瘤細胞及分子生物學(xué)的研究工作30余年，進(jìn)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(diǎn)項目，國家自然科學(xué)基金等二十余項研究課題。在國內外核心期刊?(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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