“系统生物学之父”胡德：大数据驱动的健康将革新医疗范式

“医疗健康的发展已经来到一个临界点。在过去以疾病为中心的医疗模式之下，我们针对疾病的症状进行治疗，这种模式存在巨大局限性。实际上，疾病很早就已经出现了。现在我们有机会在疾病发病前就把它检测出来，在它还没有造成人体的损伤时就把它解决掉。我们现在有能力改变现有的医学模式，转换成新的范式。如今我们可以获得丰富的资源，利用大规模人群队列的数据来提供令人信服的证据，持续推进医疗保健的改革。”

2024年9月7日，由中华人民共和国科学技术部和上海市人民政府共同主办的2024年浦江创新论坛（第十七届）在张江科学会堂举行，美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院、美国艺术与科学院四院院士及中国科学院外籍院士勒罗伊·胡德（Leroy Hood，曾用中文译名莱诺·伊·胡德）在会议期间接受媒体采访时表达了上述观点。

在当日举行的“国际人类表型组：表型组与精准医学”专题论坛上，国际人类表型组计划系列丛书《科学驱动的全面健康时代》首次发布。该书的作者是胡德和美国系统生物学研究所教授、Thorne HealthTech公司首席科学官内森·普赖斯（Nathan Price）。

胡德是自动DNA测序技术的领军人物之一。1986年，他发明了世界上第一台DNA自动测序仪，这个机器使人类基因组测序成为了可能，从而催生了基因时代。他还开发了一系列突破性科学仪器，包括第一台气相蛋白质测序仪（1982年）、DNA合成仪（1983年）、肽合成仪（1984年）等。20世纪80年代，因为在免疫多样性方面的研究，他获得了被称为“诺奖风向标”的拉斯克基础医学研究奖。他也是人类基因组计划的关键人物之一，他认为，表型组研究能带来大数据驱动的健康，最终实现早期预防、个性化治疗的目标。

《科学驱动的全面健康时代》。主办方供图

从“以疾病为中心”到“以健康为中心”

胡德被誉为“系统生物学之父”。近年来，他提出了“P4医学”的概念，即一种预测性（predictive）、预防性（preventive）、个性化（personalized）和参与性（participatory）的医学——这是他对未来医学的愿景。“我们的身体是一个‘集合了众多系统的系统’（system of systems），疾病在身体某处引起的异常反应可能会导致另一区域看似不相关的问题。将人体状态二元分类为‘健康’（不需要医疗服务）或‘疾病’（需要医疗服务）对我们并没有什么好处。然而，这恰恰是如今医疗保健系统的构建方式。”胡德在书中写道。

在书中，胡德提出了“科学驱动的全面健康”的理念，将人体视为一个复杂的而又内在相互关联的整体，通过现代科技的人体精密测量技术收集纵向、动态的数据，生成个人的密集动态数据云，通过人群数据与个人数据来开发个性化健康方案。

这将引领医疗保健系统向“以健康为中心”转变，产生一种新的医疗标准。“利用每个人的基因组学图谱和表型组学测量来生成一个独特的‘可操作的可能性’列表。在大多数情况下，这些积极主动的行为，经过临床研究验证，将优化健康，或防止/阻止躯体和大脑从健康向疾病的演变。当疾病演化发生时，全面的、整体的和数据驱动的方法将为精准医疗应对提供信息，即利用大规模数据分析为每个个体提供有效的治疗建议。”胡德写道。

但实现这种愿景是非常困难的，胡德并不讳言这一点，“如果不困难，就不会是革命性的。”他在书中指出，“P4医学”的前3个“P”是由科学驱动的，而第4个“P”，即参与性，是心理学、社会学和经济学上的挑战，亦是“21世纪医学面临的最大挑战”。他相信，实现这种愿景所必需的主要行动将在未来15-20年内完成。

在接受媒体采访时，胡德呼吁加强科学研究的国际交流与合作。“健康应该是普罗大众的，是每个人都应该享受的权利。所以应该尽可能地交换关于健康科研的信息，这样能够有效地促进和改变每个人的健康状态。在健康这样的科学议题上，各国政府应当加强合作，促进交流，来加速数据驱动的巨大的健康机遇。”

国际人类表型组研究的中国进展

国际人类表型组研究计划是实现“以健康为中心”的医疗保健体系的重要路径之一。2018年，复旦大学校长金力院士、胡德院士、英国医学科学院院士杰里米·尼克尔森（Jeremy Nicholson）共同在上海发起了国际人类表型组研究协作组，标志着人类表型组国际大科学计划在科学界实质性启动。目前，已有来自20个国家的24位领军学者团队加入。

据了解，表型组是指生物体从胚胎发育到成长、衰老、死亡过程中所有生物学性状的集合，是基因与环境及两者互作的产物。人类表型组是人类基因组之后揭示人类生命奥秘的又一关键，人类表型组计划的最重要目标就是对大规模人群队列开展跨尺度、全周期的人体系统精密测量，来探寻疾病与环境、表型之间的关联，“拼出”全人类的生命奥秘的完整“拼图”，创造改善人类健康的新范式。

金力在为《科学驱动的全面健康时代》所作的序中介绍了中国的表型组研究进展：“我们在上海市的支持下，经过5年的布局与发展，建成了全球首个跨尺度、多维度、一站式人类

表型组精密测量平台，可一站式集成测量从微观的蛋白质组、代谢组、核酸组、细胞组到宏观的生物医学影像、人体外观、皮肤、睡眠、生物电、心理等二十三类不同尺度的表型。利用表型组精密测量平台，我们完成了全球第一个覆盖表型指标最多、规模最大的健康人群表型组学纵向队列，已有超过千人每人接受测量了超2.4万个表型指标。基于这个自然人群深度表型组队列数据，我们绘制出第一张人类表型组导航图，发现150余万个表型之间的强关联，其中约39%为跨尺度关联，且大部分是科学界首次发现。这张全景导航图可以为表型组学研究提供大量多维度、跨尺度的关联信息，指导新型表型调控机制的发掘与验证。在我们推进中国人群表型组研究工作的同时，中方团队还研发了全球第一套多组学标准物质‘中华家系1号’，开创了生物医学‘度量衡’新体系，为全球推进人类表型组计划奠定坚实的基础。”

对于大数据驱动健康的模式，公众可能生发的一个疑问是：如何确保数据流通的安全性？胡德告诉澎湃科技，研究者主要从参与试验的个体中收集两类数据，一类是基因组数据，它是公认的敏感数据，可以直接定位到个人。另一类是表型组数据，它们不是很敏感的数据。2015年到2019年，他创立了一家公司，招募到了5000名的试验参与者，收集了他/她们的基因组和表型组数据，形成了一个数据库。他们采用的方法是把数据与个体本身分离，即“去标签化”，再进行数据分析，然后把分析结果返回给医生。除了医生，没有人知道这些数据是谁的。因此，对于保护数据安全，胡德提出了两种方式：去标签化，以及良好的安全系统——一个能够防止99%以上入侵的系统。“这也是中国的团队正在做的。”

该书的译者之一、上海国际人类表型组研究院数字健康研究所执行所长丁国徽在该书的前言中介绍，其团队以国际人类表型组计划一期产生的数据为基础，构建人类表型组通用数据模型，制定良好的数据治理规范，为健康数据交互和质量控制提供解决方案，并已经根据安全合规的要求，推动数据要素化人群生物数据标准体系和安全机制建设，设计了下一代生物医学数据基础设施。

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