人工智能“解密”免疫療法

韋恩·考夫（Wayne Koff）

在我最近參加的紐約科學(xué)院頒獎(jiǎng)晚宴上，詹姆斯·P. 艾利森（2018年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主之一）對(duì)一群著迷的觀眾說(shuō)，他在癌癥免疫治療方面的突破性發(fā)現(xiàn)，并非源于對(duì)癌癥的關(guān)注，而是源于他對(duì)免疫系統(tǒng)運(yùn)作方式的數(shù)十年基礎(chǔ)研究。

多年來(lái)，艾利森和他的同事們研究了一種可以抑制免疫系統(tǒng)的蛋白質(zhì)。他們認(rèn)識(shí)到，“阻擊”這種抑制因子，可以解除對(duì)免疫系統(tǒng)的束縛，使其攻擊和摧毀腫瘤。

對(duì)一些癌癥患者來(lái)說(shuō)，免疫療法革命使曾經(jīng)瀕臨死亡的人能夠過(guò)上健康的生活。然而，免疫療法革命仍處于起步階段。由于一些尚不明朗的原因，許多癌癥和病人（對(duì)這一療法）根本沒(méi)有反應(yīng)。

科學(xué)家們?cè)絹?lái)越認(rèn)同其原因部分在于，我們目前對(duì)人類(lèi)免疫系統(tǒng)如何對(duì)抗疾病缺乏了解。在過(guò)去數(shù)十年艾滋病毒/艾滋病疫苗的研發(fā)工作里，我親眼見(jiàn)證該目標(biāo)迄今仍遙不可及。

這就是我相信基礎(chǔ)研究的下一個(gè)突破，將是解碼人類(lèi)免疫系統(tǒng)如何預(yù)防和控制疾病的理由。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，將是實(shí)現(xiàn)這一成就的關(guān)鍵，正如它們正在改變我們生活的其他方面一樣，它們將改變?nèi)祟?lèi)健康的未來(lái)。

免疫系統(tǒng)—由細(xì)胞、組織和器官組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，是人體保持健康的主要機(jī)制。無(wú)論是針對(duì)癌癥、糖尿病和阿爾茨海默癥等非傳染性疾病，還是肺結(jié)核、瘧疾和埃博拉等傳染性疾病，破譯免疫系統(tǒng)的信息，都是我們理解和抗擊這些疾病的核心。

過(guò)去一個(gè)世紀(jì)，我們學(xué)會(huì)了通過(guò)疫苗來(lái)設(shè)計(jì)我們自身免疫的某些方面，但我們已經(jīng)陷入了關(guān)鍵的僵局。我們現(xiàn)在面臨的威脅更加陰險(xiǎn)和復(fù)雜，每年有數(shù)百萬(wàn)人，特別是兒童、老年人以及生活在低收入和中等收入國(guó)家的人，死于本應(yīng)被克服的疾病。

而通過(guò)充分利用免疫系統(tǒng)的力量，我們可以找到新的方法來(lái)對(duì)抗疾病。我們需要新的、創(chuàng)造性的方法，來(lái)應(yīng)對(duì)跨多個(gè)學(xué)科的挑戰(zhàn)。好消息是，這樣的行動(dòng)在現(xiàn)下是可能實(shí)現(xiàn)的。生物醫(yī)學(xué)、工程學(xué)以及最重要的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)步，為我們提供了開(kāi)展這一雄心勃勃計(jì)劃所需的工具。

人類(lèi)免疫系統(tǒng)比人類(lèi)基因組大數(shù)十億倍，處理如此龐大的信息，需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)科學(xué)能力和前沿的超級(jí)計(jì)算。它還要求我們?cè)谌绾芜M(jìn)行臨床研究方面，做出重大轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)上，臨床研究的重點(diǎn)是在盡可能多的個(gè)體上進(jìn)行測(cè)試，收集每個(gè)受試者的有限數(shù)據(jù)。隨著新的基因組學(xué)和分子生物學(xué)工具的出現(xiàn)，研究人員可以在單個(gè)個(gè)體上收集數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這將帶領(lǐng)我們走向新模式：更少的人，更多的數(shù)據(jù)。

通過(guò)結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)分析這些個(gè)體數(shù)據(jù)集，我們可以更好地理解人類(lèi)免疫系統(tǒng)的分子水平動(dòng)力學(xué)，并開(kāi)始繪制其調(diào)控規(guī)則。在“人類(lèi)疫苗項(xiàng)目”的早期工作中，科學(xué)家們正在使用這種方法，這可以為加速開(kāi)發(fā)新的疫苗和免疫介導(dǎo)性疾病的療法，鋪平道路。

諸如此類(lèi)的研究，開(kāi)始產(chǎn)生前所未有的大量數(shù)據(jù)，最終將使人類(lèi)免疫系統(tǒng)首冊(cè)圖集的創(chuàng)建成為可能。前沿超級(jí)計(jì)算的進(jìn)步，可以應(yīng)用到該數(shù)據(jù)庫(kù)中，創(chuàng)建第一個(gè)基于人工智能的免疫系統(tǒng)模型。這些模型，將填補(bǔ)我們現(xiàn)有知識(shí)的空白，從而創(chuàng)造出更有效的癌癥免疫療法，以及針對(duì)許多其他疾病的診斷、疫苗和治療方法。

我設(shè)想著這樣的一個(gè)世界：科學(xué)家們可以迅速開(kāi)發(fā)出對(duì)抗疾病的新方法，疫苗可以通過(guò)一次免疫為每個(gè)人提供終生保護(hù)，免疫療法對(duì)所有癌癥都有效，阿爾茨海默癥也可以預(yù)防。為了使這一未來(lái)成為現(xiàn)實(shí)，我們必須將創(chuàng)造力與人工智能的不斷進(jìn)步結(jié)合起來(lái)，以破解人類(lèi)免疫系統(tǒng)的密碼。

本文由Project Syndicate授權(quán)《南風(fēng)窗》獨(dú)家刊發(fā)中文版。韋恩·考夫是非營(yíng)利“人類(lèi)疫苗項(xiàng)目”的總裁兼首席執(zhí)行官。