破解人體另一半生命密碼

劉垠

“繼‘人類基因組計(jì)劃后，‘人類表型組計(jì)劃成為生命科學(xué)領(lǐng)域又一戰(zhàn)略制高點(diǎn)。‘人類表型組計(jì)劃的開展，將全面解讀人類生命密碼所需的關(guān)鍵信息。”中國(guó)科學(xué)院院士、“國(guó)際人類表型組計(jì)劃（一期）”項(xiàng)目首席科學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)副校長(zhǎng)金力說(shuō)，“人類表型組計(jì)劃”將系統(tǒng)解答基因與表型之間的具體關(guān)系和內(nèi)在機(jī)制，將有助于實(shí)現(xiàn)疾病預(yù)防，并提出針對(duì)性的健康維護(hù)方案。

近日，“國(guó)際人類表型組計(jì)劃（一期）”項(xiàng)目在上海啟動(dòng)。該項(xiàng)目是上海首批市級(jí)科技重大專項(xiàng)，也是上海建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的重要舉措，由復(fù)旦大學(xué)牽頭，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)等單位專家共同承擔(dān)，國(guó)內(nèi)外百余名科學(xué)家投身其中。

相比于人們熟知的基因，表型顯得比較陌生。那么，表型研究對(duì)于人類意義幾何？基因和表型是什么關(guān)系？中國(guó)是否具備組織發(fā)起“人類表型組”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃的能力，我們的自信和底氣來(lái)自于哪里？項(xiàng)目一期首席科學(xué)家金力院士答疑解惑。

構(gòu)建健康人群表型圖譜及數(shù)據(jù)庫(kù)

2001年“人類基因組計(jì)劃”完成后，生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入“后基因組時(shí)代”。對(duì)于高度濃縮的基因信息如何演化為最終復(fù)雜表現(xiàn)形式（即表型），目前科學(xué)家們正在積極探究。

那么，何為表型？“指生物體從胚胎發(fā)育到出生、成長(zhǎng)、衰老甚至死亡過(guò)程中，由基因與環(huán)境以及二者互作產(chǎn)生的形態(tài)特征、功能、行為、分子組成規(guī)律等生物學(xué)性狀的具體表現(xiàn)。”金力說(shuō)，“人類表型組是人體中除了基因組外的另一半生命密碼，其研究被《自然》雜志評(píng)為新方向，發(fā)展前景非常光明，在醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)l(fā)揮‘點(diǎn)石成金的作用。”

“人類基因組計(jì)劃”破解了人體基因“天書”，但疾病不僅僅由基因單一因素導(dǎo)致。“國(guó)際人類表型組計(jì)劃（一期）”將通過(guò)對(duì)人類表型組在物理、化學(xué)和生物層面進(jìn)行跨尺度多維度研究，首次建立國(guó)際人類表型組學(xué)研究平臺(tái)，全面制定我國(guó)人群健康表型組標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系，構(gòu)建中國(guó)首例健康人群表型圖譜及數(shù)據(jù)庫(kù)。

現(xiàn)實(shí)的情況是，由于成本較高、采樣要求嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一等原因，人類表型組學(xué)研究目前處于各自為營(yíng)、逐步積累的階段。為了改變這一局面，組織“人類表型組計(jì)劃”已在科研團(tuán)體中醞釀。

“特有的人群遺傳結(jié)構(gòu)與環(huán)境因素，共同塑造了每個(gè)人獨(dú)特的表型特征，這造就了豐富的表型特征多樣性。”金力說(shuō)，由于表型組學(xué)自身的多樣性和復(fù)雜性，建立全方位、多功能的表型組學(xué)測(cè)量和分析技術(shù)體系顯得尤為重要。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院校長(zhǎng)王辰表示，中國(guó)人群基數(shù)大、樣本多、表型廣，建立健康人群的表型數(shù)據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)體系，對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展意義重大。

相關(guān)人才和技術(shù)已有儲(chǔ)備

大量表型組數(shù)據(jù)的獲得、標(biāo)準(zhǔn)化、整合及“歸因”分析，是解析單基因遺傳疾病，甚至復(fù)雜疾病致病原因的關(guān)鍵。

“‘國(guó)際人類表型組計(jì)劃（一期）得到上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)批準(zhǔn)支持，但還不是真正意義上的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。當(dāng)然，我們已具備了實(shí)力和基礎(chǔ)，有望通過(guò)進(jìn)一步努力，組織發(fā)起‘人類表型組國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。”金力說(shuō)，復(fù)旦大學(xué)10年前就在泰州建立了20萬(wàn)人的大型健康人群隊(duì)列并持續(xù)跟蹤研究，建立了系列人類表型測(cè)量方法，獲得了大量人群體質(zhì)表型測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)展了國(guó)際領(lǐng)先的高通量、高靈敏、高特異分子表型檢測(cè)技術(shù)，研發(fā)了全表型譜數(shù)據(jù)整合與分析技術(shù)。

無(wú)論從關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)收集，還是高端人才、組織經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，都為中國(guó)組織發(fā)起“人類表型組”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃構(gòu)建支撐平臺(tái)。

“我們擁有一支卓越的、多學(xué)科交叉的人類遺傳學(xué)和表型組研究團(tuán)隊(duì)，并吸引了一批國(guó)外著名專家參與，包括‘代謝組學(xué)之父英國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院院士杰里米·尼科爾森。”金力告訴筆者，國(guó)內(nèi)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)也已構(gòu)建，集聚了20余家國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位的60多名院士、杰青、長(zhǎng)江等高端人才；并與7個(gè)國(guó)家14家著名的研究機(jī)構(gòu)的專家進(jìn)行溝通，基本完成國(guó)際布局的前期協(xié)調(diào)工作。

值得關(guān)注的是，金力曾任國(guó)際人類基因組組織委員，為組織國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。作為國(guó)際人類基因組計(jì)劃參與者和國(guó)際人類單倍型計(jì)劃的推動(dòng)者，他還參與了美國(guó)國(guó)家健康研究院“后基因組時(shí)代”戰(zhàn)略路線圖的制定等。

牽頭國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃尚需“內(nèi)外兼修”

“我們初步設(shè)計(jì)了大科學(xué)計(jì)劃的實(shí)施機(jī)制，確定了‘分布式國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃模式，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并且共享數(shù)據(jù)資源。”金力說(shuō)，國(guó)際人類表型組研究的順利開展，還得益于從上海到國(guó)家的政策支持。早在2015年，復(fù)旦大學(xué)承擔(dān)科技部先發(fā)布局的“中國(guó)各民族體質(zhì)人類學(xué)表型特征調(diào)查”國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)項(xiàng)目，構(gòu)建系統(tǒng)反映中華民族從個(gè)體到群體表型多樣性的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)字化樣本庫(kù)。

2016年4月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)《上海系統(tǒng)推進(jìn)全面創(chuàng)新改革試驗(yàn) 加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心方案》中，“國(guó)際人類表型組”被列入需布局的重大科學(xué)基礎(chǔ)工程；2016年8月，上海市科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃將“國(guó)際人類表型組”列為推進(jìn)原始創(chuàng)新重大突破的戰(zhàn)略方向。

開展人類表型組研究已成為學(xué)術(shù)界的共識(shí)。杰里米·尼科爾森公開表示，人類表型組研究不僅需要集成多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)力量，更需要全球科學(xué)家的大協(xié)同。該專項(xiàng)有望將人類表型組研究打造成為國(guó)際性科研高地，助推中國(guó)生命科學(xué)走向世界領(lǐng)軍地位。

前不久，國(guó)務(wù)院印發(fā)《積極牽頭組織國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程方案》（以下簡(jiǎn)稱《方案》），意在為解決世界性重大科學(xué)難題貢獻(xiàn)中國(guó)智慧、提出中國(guó)方案、發(fā)出中國(guó)聲音。

制定戰(zhàn)略規(guī)劃、確定優(yōu)先領(lǐng)域，成為《方案》的重點(diǎn)任務(wù)之一，將圍繞物質(zhì)科學(xué)、宇宙演化、生命起源、地球系統(tǒng)、環(huán)境和氣候變化、健康等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的優(yōu)先方向、潛在項(xiàng)目等，制定發(fā)展路線圖。

“掌握了關(guān)鍵技術(shù)、豐富的組織經(jīng)驗(yàn)、高素質(zhì)的人才隊(duì)伍，但國(guó)際人類表型組計(jì)劃‘成長(zhǎng)為真正的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，依然離不開國(guó)家層面的支持。”金力透露，“國(guó)際人類表型組計(jì)劃（一期）”得到上海市政府近5.6億元資助，系統(tǒng)的表型測(cè)量工作將于今年7月正式啟動(dòng)。至于全球行動(dòng)，則將通過(guò)國(guó)際合作項(xiàng)目來(lái)推動(dòng)，目標(biāo)就是組織發(fā)起“人類表型組”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。