基因科技進步推動精準醫療未來

　　精準醫療并不是美國人在今年才剛剛提出的詞匯，它最早由美國國家研究委員會在2011年提出。而此前人們已經提出了“4P 醫學模式”，即預測、預防、參與以及個體化醫療，精準成為第五個P。

　　它將數字醫療和大數據進行結合，有時也被稱作是個性化醫療。盡管在一些領域這兩者之間的差別可以忽略不計，但精準醫療更強調分子水平信息。其出發點是個體的基因構成、環境、生活方式和其他特定的信息，不僅可以預測個體未來的健康，還能表現出個體對治療選擇的反應。

　　上世紀八十年代中期，遺傳學家羅登來到美國范德比爾特大學任職，他一直在思考這樣的問題：為何病人的身體會對藥物治療給出不同回應？如何利用個人化信息來進行最佳醫療決策？

　　約三十年來，羅登和他的團隊一直在研究如何結合病人的遺傳信息與電子病歷，來幫助患者預測藥物治療的效果。不過，其中最關鍵的仍是遺傳學特征。羅登說，個性化醫學不僅僅是你的遺傳代碼，它事關所有因素，讓你擁有獨特的健康體驗。

　　今年初，美國總統奧巴馬讓羅登的疑問融進了一個龐大的預算計劃中。他在國情咨文演講中說道，“我希望這個消滅了小兒麻痹癥并且繪制出人類基因圖譜的國家來引領醫學的新時代，在正確的時間給予正確的治療。”“今晚，我要發起一個新的‘精準醫療倡議’，讓我們朝著治愈癌癥和糖尿病等疾病的目標邁進一步，也讓我們能夠獲得保持自己和家庭成員健康所需的個體化信息。”

　　這聽起來是歷史性的一刻。在上世紀六十年代的一篇著名演講中，美國前總統肯尼迪曾說：我們決定登月。不是因為它們簡單，而是因為它們困難。在美國猶他大學Huntsman癌癥研究所主管瑪麗?貝克勒看來，精準醫療項目中的重要組成部分基因測序便是這樣一個月球探測器，帶領人們抵達月球。貝克勒認為，實現醫學突破需要富有遠見的領導、勇氣并且要愿意破除對人類知識的限制。對于某些癌癥的預防和早期發現，在我們的醫療工具箱里事實上已有著現成的工具，有什么理由止步不前？

　　奧巴馬愿景的“兩步走”

　　1953年4月的一天，克里克和沃森發表了一篇論文，他們在前人的工作基礎上發現了DNA的雙螺旋結構，第一次窺探了生命體如何繼承和儲存生物信息。六十多年后的今天，他們的發現正在產生革命性的影響。

　　想象一下，一名男子在被確診患有一個良性腫瘤后，相較于花費數千美元而效果難講的化療方法，他將獲得負擔得起的同時又能拯救他的生命精確治療。如今，也只需要一小瓶母親的血液，DNA測序技術就能幫助篩查胎兒的唐氏綜合征等疾病和其他健康狀況。

　　在其背后，是對基因世界的解構，同時也是精準醫療的“出擊”。事實上，精準醫療并不是美國人在今年才剛剛提出的詞匯，它最早由美國國家研究委員會在2011年提出。而此前人們已經提出了“4P 醫學模式”，即預測、預防、參與以及個體化醫療，精準成為第五個P。

　　它將數字醫療和大數據進行結合，有時也被稱作是個性化醫療。盡管在一些領域這兩者之間的差別可以忽略不計，但精準醫療更強調分子水平信息。其出發點是個體的基因構成、環境、生活方式和其他特定的信息，不僅可以預測個體未來的健康，還能表現出個體對治療選擇的反應。

　　根據奧巴馬政府的規劃，美國將從2016年財政預算中為精準醫療項目劃撥2.15億美元經費。其中的1.3億美元將撥給國家衛生研究院；7000萬美元將流向國家衛生研究院下設的國家癌癥研究所；1000萬美元將提供給美國食品和藥物管理局，用于建立項目數據庫的監管機制；剩余資金將給予國家衛生信息技術協調辦公室，用以確保數據共享不會侵犯個人隱私。

　　研究公司市場調查公司Kalorama認為，推出這一預算案的目的在于承諾加快生物醫學發現，為臨床醫生提供新的工具、知識和選擇最適合病人的治療方案。它們將通過人體組織診斷及細胞診斷來實現。其中，人體組織診斷包括原位雜交和免疫組織化學，以及確定藥物療效和疾病進展重要測試。

　　美國國立衛生研究院主任弗朗西斯?柯林斯近日表示，要實現這一“精準醫學”計劃，第一步就是尋找一種方法將研究中所收集到的各種混合數據進行有效的整合。

　　早在2003年，柯林斯便已經成功領導一支國際團隊開始第一例人類基因組的測序工作。一年后，他開始對美國公民進行大型基因研究，但當時的耗費極大。隨著幾百萬人的基因測序和電子健康檔案的成本急劇下降、網絡與電腦演算速度的加快，這個愿景將很快成為現實。

　　而精準醫療的第二個主要部分就是癌癥計劃，將創造一個國民“癌癥知識網絡”來指導新型治療方法。公眾一致認為現在正是在精準醫療基礎上建立新的國民癌癥計劃的好時機。目前，在先進的癌癥中心，乳腺癌、肺癌、結腸直腸癌、黑素瘤及白血病患者正在定期進行分子測試。

　　所有的失敗都不便宜

　　諾貝爾醫學獎的熱門人選查爾斯?索耶斯是斯隆凱特林紀念醫院癌癥中心人類腫瘤和發病機理項目主管。他認為該計劃不僅會擴大人類基因組的測序，也會幫助研發更多藥物。

　　如同歷史上相當多的政策一樣，奧巴馬的政策也會拿來和此前的保健法案做對比。Vitalspring科技公司的首席執行官坡塔拉祖寫道：為了在基因層面抓住疾病，醫生需要大量數據。管理這大量的信息將需要廣泛的規劃和協調，以及在醫學和信息技術領域的專業知識。而奧巴馬醫療保健案缺乏這三大因素。

　　他指出，所有的失敗都不便宜。迄今為止，因為網站在應對龐大數據的工作上捉襟見肘，政府已花費了22億美元來建造和修復網站，同時還存在安全風險，有一個黑客去年報告稱他從網站獲取了7萬條包含個人身份信息在內的紀錄。“想象一下，這些威脅不僅包括姓名、地址和財務信息，而且還包括基因代碼。相比隱私和健康，盜竊的威脅顯得小巫見大巫。”

　　坡塔拉祖說，“精準醫療被寄予太多厚望，不能屈服于這種失敗。”他為此提出三大建議，首先，總統必須首先找到一個強有力的領導者，他要能夠協調各大機構。第二，領導人應該實施一項倡議計劃，確保計劃實施。第三，計劃不應當一并推出，就像奧巴馬醫改法案那樣，而是應該慢慢從小型試點開始，再進一步擴大。這樣，在存儲成千上萬美國人的遺傳和醫療信息之前，項目領導人可以確保技術是可靠和有效的。

　　而大數據在這項計劃中當仁不讓受到最大關注。醫學博士、基因組學家埃里克?托普在他的一本書中寫道：一旦所有主要影響人類健康的因素都“進入了電腦”，科學家們生成新的醫學知識的速度將會大幅度加快。如今的計算機每秒已可以做千萬億次演算，隨著新系統的數據不斷豐富，許多知識可以被迅速的學習。

　　許多關于這項新型研究系統的項目可以在數月之內合并在一起。例如美國保健業者凱澤永久醫療機構的50萬名成員自愿將他們的電子健康檔案與基因數據貢獻給研究數據庫。由外科醫生蘇珊?洛夫發起的組織Army of Women，有超過37.5萬名的女性報名參與乳腺癌的研究。美國退伍軍人健康管理局的百萬老兵計劃中，也已經有35萬個退伍軍人的信息被錄入了電子基因健康記錄生物庫樣本中。這些案例顯示了大量美國民眾對奧巴馬總統的新型國民研究系統的支持。他們也為這些計劃如何大規模的、高效的且保護隱私的情況下實行，提供了重要的經驗。

　　不過，現今的生物庫樣本的覆蓋面中還存在著大量空缺需要解決。例如凱澤的組群主要關注老年人群體(60歲以上)。因此在兒童這一人群及其健康問題的上仍舊需要努力；新型國家兒童健康知識系統以及兒童健康研究中心能夠幫助使新的系統更加完善。

　　同樣地，大多數調查數據空中顯示殘疾人和特殊需求人群的醫療補助和醫療保險還不夠充足。全國有250萬人，其中共患有6800例特殊疾病，以及少數民族人群，他們能夠從國民數據計劃中獲得好處。在鑒定最重要的新型數據類型和種類上仍有很多工作要做，這也是新型國民研究系統的一部分。

　　“未來嬰兒”實驗

　　有海外媒體評論稱，這項計劃是醫學新紀元的基礎，因為它們超出了原先基因的“生物庫樣本”，預想了一個“包含一切”的知識系統，電腦演算的數據庫可以潛在地考慮到影響個體健康的任何因素。這些因素可以包括更多的生理數據，例如蛋白質組、環境、生活方式、患者主觀信息、移動設備和傳感器。

　　英特爾聯合創始人兼董事長戈登?摩爾曾在上世紀六十年代提出一大愿景，結果推動了上世紀80和90年代的PC革命。摩爾認為，集成電路板上的晶體管數量將每兩年翻一番。在過去的十幾年內，DNA測序費用的下降速度是摩爾定律的1000倍，從每個人類基因組1億美元降到了僅需1000美元。

　　這種成本下降的趨勢正在吸引風投的注意力。據美國科技博客TechCrunch報道，在2014年，其所監測到的基因技術公司風險投資同比大增超過50%至6.87億美元，鑒于其中A輪融資額增長了近300%，預計投資額將在今年繼續保持強勁增長。數據顯示，截至9日，今年以來該領域的風投總額達到1.43億美元。

　　比爾與梅琳達?蓋茨基金會近日宣布，斥資5200萬美元投資德國癌癥疫苗研發商CureVac，為其有史以來最大規模投資。該公司的技術基于RNA，該物質可將基因轉化為蛋白質。

　　另據MIT科技評論報道，科學家正在研究“明日嬰兒”DNA的編撰方法。哈佛醫學院的喬治?丘奇在他迷宮一樣的實驗室內，與研究人員為大腸桿菌加入自然界中沒有的遺傳編碼，或試圖復活猛犸象。他和一位來自中國的博士后研究員聯合創辦了一家研究豬和牛基因的小公司。報道稱，通過編輯生殖細胞或胚胎本身的DNA，消除致病基因和將修復后的基因遺傳給后代是可能的。此類技術也可能用于為人類加入能提供終生抗感染、老年癡呆癥甚至可能抗衰老的基因。

　　反觀美國人踏上月球的壯舉，第一位月球人——宇航員尼爾?阿姆斯特朗說，“科學尚未征服預言。我們對明年發生的事情預測得太多，但對接下來10年會發生的事情卻預測寥寥。”

　　如果國民醫療政策接受了這項精準醫療的倡議，那么現今的醫療保健制度——包括生物醫學、醫學教育、診斷學、治療方法、療效比較研究、質量度量學、支付系統、病人的角色、醫療與預防的人性化、對外界、營養學、文化的角色認識，等等諸多因素都將迎來巨變。

　　精準基因技術問與答

　　Q：迄今為止，基因工程如何發揮作用，面臨哪些發展障礙？

　　A：總體而言，基因技術現在被用作細菌載體。簡單地說，就是把相關DNA段植入生物——例如使胡蘿卜生成維他命A的DNA；將其植入一種細菌，通常為農桿菌，然后把細菌導入希望改造的生物，比如水稻。細菌就發揮輸送功能，將胡蘿卜的DNA段植入水稻的基因組。

　　這是一項經過證明的可靠技術。難點在于讓胡蘿卜DNA準確實現預期的效果，這就需要精密地植入水稻基因組的正確位置，但過去沒有辦法控制細菌的準確抵達之處。這有點像是編輯一本書，方法卻是從另一本書抽取一段，然后隨機貼到這本書中。你可能得多次重復這一過程，才能得到期望的結果。

　　Q：什么發生了變化？

　　A：現在，新的技術能夠更加精密地編輯DNA，如同用文字處理軟件編輯一本書。目前，最令人激動的一項技術是CRISPR-Cas9。本質上，這是一種分子，能夠在基因組中找到特定點，并精準地剪切或植入DNA組塊。

　　CRISPR-Cas9技術并不是發明出來，而是在自然界發現的，這是一種已經進化了數十億年的微生物。概括地說，當一個生物遭到病毒攻擊，就會奪走病毒的部分DNA，植入自己的基因組，當再次遭遇病毒時，生物就能夠記起并予以反擊。直到2013年，科學家才發現CRISPR-Cas9 在自然界的作用方式，意識到它可以成為基因技術的工具，因此，許多用途還在探索之中。

　　CRISPR-Cas9并不是使基因工程更加精密的唯一新技術。另一個例子是ZFN。作為一項抗HIV技術的基礎，ZFN的研究進展更快，目前已進入第二階段臨床試驗。而到目前為止，并不能保證CRISPR-Cas9 適用于人類治療。但研究者對其易用性已經十分雀躍。

　　Q：更精密的基因工程將帶來哪些主要的長期效益？

　　A：我們可以看到農業會受益良多，經過基因工程改良的作物能夠更好地應對氣候變化，占用較少的資源，如土地、淡水和肥料。農民可不必過于依賴廣譜殺蟲劑噴灑作物。在理想的情況下，采用基因工程進行改良后，作物能夠抵御最可能造成傷害的病原體，這將使病原體在激烈的逆向競爭中突變。相關的技術應用也可用于提高畜牧業的產量，盡管公眾對轉基因動物的敏感可能會限制這方面的應用。

　　在治療人類疾病方面，鑒于基因在大量疾病中的作用，精密基因工程事實上幾乎有無限可能。精密基因編輯創造了個性化醫療的機會，可以根據我們自身特有的DNA制定療法。此外，我們也別忘了工業應用，隔離系統中的基因工程微生物可以創造出包括藥品和生物燃料在內的一切成果。

　　備注：本文摘編自康奈爾大學農業和生命科學學院訪問學者馬克?萊納斯發表在世界經濟論壇博客上的文章。 精準基因技術是世界經濟論壇《2015年十大新興技術》報告列出的十大創新之一。