轉化醫學研究愿景

范麗楨，徐運

中國卒中學會于2019年8月23日召開了中國腦血管病圓桌會議第四次全國會議（轉化醫學研究專題）。來自全國的基礎、轉化和臨床研究專家們討論了我國腦血管研究的現狀和愿景。

1 轉化醫學定義和模式

1974年，The New England Journal of Medicine發表一篇社論，提及“轉化”概念；1992年，美國華盛頓大學醫學院神經科Dennis W．Choi在Science雜志首次提出“從實驗室到病床”（bench to bedside）的概念；1996年，James Geraghty在Lancet雜志上首先全面闡述了“轉化醫學”（translational medicine）概念[1]。轉化醫學是連接基礎和臨床學科的新的研究體系，是建立在醫學基礎上從實驗室到病床以及從病床到實驗室的雙向循環過程。2003年，美國國立衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）正式提出轉化醫學路線圖，并把轉化醫學定為科研改革和提高醫療水平的關鍵舉措。

醫學轉化的目的是將臨床問題凝練成科學問題，通過科學研究，回到臨床，解決臨床問題，或將科研成果快速有效地轉化為臨床醫療新技術，直接服務于廣大患者，以實現其社會及經濟效益。2003年，美國聯邦醫學研究院臨床研究圓桌會議首先提出轉化醫學的模式，分為兩步：①從基礎研究向臨床科學轉化；②從臨床科學向公共衛生實際應用領域轉化。也有學者提出轉化醫學分三步：①從基礎研究向臨床研究轉化；②從臨床科研向臨床實際操作轉化；③最終達到改善人民群眾身體健康的終極目標。另外，在此基礎上，也出現了新三步法：①基礎科學研究轉化成臨床療效；②臨床療效轉化成臨床效果；③臨床效果轉化成醫療保健措施。

2 卒中轉化醫學研究的瓶頸

在過去的20年里，急性缺血性卒中預防措施和治療方法得到逐步改進，如t-PA和血管內治療的應用使卒中后殘疾率穩步下降[2]。雖然溶栓和血管內治療的療效很好，但由于出血的風險，并不是所有接受治療的卒中患者都能完全獲益，另外由于治療時間窗等問題，大多數患者并不適合該治療[3]。此外，目前尚無有效的治療方法來改善缺血性腦損傷及患者的遠期預后，或減少急性腦出血所致的腦損傷。因此，開發針對卒中急性期、恢復期治療的新方法迫在眉睫[4]。

卒中是由于多種血管病變和損傷機制共同作用的結果，其中一些類型很難用動物模型模擬[5]。除了再灌注治療外，臨床前研究終點通常不能反映臨床結果。為了在臨床試驗中準確測量腦組織藥物水平、啟動時間和治療時間，我們需要進一步優化藥效學、藥代學，并開發新的治療靶點藥。此外，許多變量限制了卒中臨床試驗檢測治療效果的能力，如血管病理學的異質性、患者的人口統計學特征和合并癥，以及缺乏有效的生物標志物來對患者人群分層。

臨床前轉化研究常依據其性質差異（探索性、驗證性）從而進行不同的方案設計。探索性研究側重于對疾病機制的探討，通過使用動物模型以獲得關于假定治療目標的嚴格信息。假定治療的后期驗證性研究則受益于臨床試驗中采用的相同設計特征，包括異質人群、足夠的樣本量、臨床結果的終點預測和類似于治療使用的給藥途徑，以及研究結果的報告，包括陰性結果。

為解決卒中轉化醫學的相關問題，在本次召開的中國腦血管病圓桌會議第四次全國會議（轉化醫學研究專題）上，來自全國基礎和臨床醫學領域的專家們，就我國卒中轉化醫學的特點和發展展開了激烈的討論。

2．1 動物模型 為了驗證藥物的臨床前療效，需要建立適當的動物模型，為后期人體試驗奠定基礎。對于某些具有明確的生物靶點，并已明確其在人體中安全性的藥物，只需要限定的定向臨床前研究作為支持；但是未經證實的治療模式則需要更嚴格和更廣泛的臨床前證據，才能進行下一步的人體試驗。

動物模型研究對于理解卒中病理的時空演變至關重要，缺血性腦損傷早期、再灌注和神經保護是主要關注點，而卒中后期的修復和再生是次要關注點[6]。許多臨床前研究將關注點聚焦在病灶體積和梗死后早期的行為學，然而，與卒中患者不同的是，嚙齒動物通常出現一定的功能自發恢復，而行為學測試往往并不是那么靈敏[7]。為了彌補動物模型的這個缺陷，需要進一步開發動物模型來模擬人體的病理和生理過程，包括卒中后恢復階段的研究，以探索大腦對卒中的遠期適應和可塑性過程。如果臨床前模型研究中并不以遠期時間點（30～90 d或更長時間）作為研究對象，那么該研究的臨床轉化潛力可能有限。另外，實驗室的測試方法有限，嚙齒動物有時會掩蓋功能缺陷，需要更敏感和專業的測試方法來檢測這些功能缺陷情況。動物模型研究還需要囊括皮層、皮層下和聯合的缺血性損傷的影響和異質性。為了更好地將藥物的最佳劑量從動物實驗轉化到人體試驗，驗證性的臨床前研究應提供完整的劑量-反應曲線、藥動學和藥效學建模，以及血液和腦脊液中藥物濃度的測量。食品藥品監督管理局發布的劑量轉換指南適用于多種疾病狀態，且其劑量計算基于體表面積而非體重。

相較嚙齒類動物，非人類靈長類動物（non-human primate，NHP）研究中可用的行為測試庫更為廣泛。NHP研究還提供了人類卒中病理生理的重要信息，如側支血流、腦白質損傷、適應性恢復和生理功能恢復、認知測試、軟腦膜動脈或星形膠質細胞體積的標度研究以及復雜的免疫反應。在進行NHP研究之前，需要了解多種嚙齒動物模型的機制，建立一個強有力的理論基礎，從倫理上證明使用NHP或其他大型動物物種（例如狗、羊、豬模型）具有意義。綿羊的大腦結構與人類相似，其卒中模型的應用提高了臨床轉化的可能[8]。豬脊柱損傷模型在中樞性神經損傷研究中實現了脊髓成像和鞘內壓力監測，更貼近臨床應用[9]。

隨著誘導多能干細胞技術和高通量分析技術的進步，體外實驗結合動物模型實驗可能在未來藥物開發策略中占有越來越重要的地位。

2．2 生物變量：年齡、性別和合并癥 在臨床前研究中應慎重對待年齡和性別對研究的影響，因為卒中機制和藥物反應可能因二者不同而有所差異。雖然雌性嚙齒動物存在雌激素等問題，但有效的策略可以將這些問題最小化[10]。在雌性動物發情期結束后和使用年老的雌性動物是限制雌激素干擾和模擬女性圍絕經期的首選方法，絕經通常與較高的卒中風險相關，也適用證明雌激素療法的價值[11]。

臨床前研究通常是在同質群體中進行的，而不像在臨床試驗中登記的患者群體。重要的是，研究者要考慮動物品系、卒中亞型和嚴重程度、側支狀態、再灌注時間和程度、免疫狀態和應答、終點等方面的差異，以便使臨床前實驗足以支持人體試驗。動物模型也可以設計成合并多種疾病，如高血壓、肥胖、糖尿病和高膽固醇血癥，這些疾病在目標患者群體中非常普遍，可能在卒中的發病機制和預后中發揮重要作用。此外，正在試驗的潛在卒中治療方法和常規用于治療合并癥的藥物之間可能存在的相互作用，這些應該進一步探討。

2．3 臨床前和臨床結果評估 臨床前結果指標應盡可能概括人類的臨床特征，包括腦梗死體積、神經解剖學指標和行為學。然而，在嚙齒動物或人類中，腦梗死體積與功能結局之間的關系尚未得到充分驗證，這使得臨床轉化變得復雜。在臨床前和臨床實驗中，存在大量結果評估困難的問題，這仍然是長期公認的問題。在臨床前研究中，使用TTC染色進行腦梗死體積評估，會發現受損細胞最終可能會恢復[12]。而在臨床上，對于MRI或多模式CT臨床應用，存在很大的測量不確定性。因此，研究不應該僅僅考慮最終的腦梗死體積，而應根據隨時間變化的腦梗死核心和半暗帶來顯示缺血性損傷的程度[13]。在臨床前研究中，應使用無偏見的立體學方法量化細胞數量的變化。應將新的神經影像學方法用于嚙齒動物和人類，作為轉化研究中的補充結果指標。除腦梗死體積外，應強調病變部位作為功能預后的決定因素。

由于缺乏預測跨物種可行性，從一開始就阻礙臨床轉化。跨物種的功能相關結局指標包括腦水腫形成、腦血流量和側支狀態，這些指標可提供具有臨床轉化價值的生理數據。此外，一些用于認知和生活質量衡量的高階行為任務，例如抑郁、社交孤立等，應在嚙齒動物和人類試驗中進一步評估。

2．4 卒中預后 目前，尚缺乏慢性卒中的動物模型來探索卒中恢復機制。動物行為和運動結局指標可用于評估末梢和精細運動，并與卒中康復相關[14]。最近相關研究用嚙齒類動物的復雜執行功能測試來評估卒中患者的缺陷[15]。

人類卒中的預后和自然病史需要更好地進行總結。從患者角度看，生活質量評估與神經恢復指標之間也沒有關聯。mRS量表是急性卒中再灌注試驗的金標準，但對卒中后恢復和神經功能缺損如失語、疏忽、靈巧等方面的治療效果存在局限性[16]。Fugl-Meyer量表能更好評估卒中后感覺運動恢復情況。因此，臨床試驗需要采用更為敏感的預后評估方法[17]。

2．5 轉化工作 從再灌注試驗中，研究者發現并提出“時間就是大腦”，再灌注治療通常最有效，但是患者人群存在異質性，且在干預之前難以預測哪些患者對再灌注治療敏感，以及在術后6 h內自發性閉塞等問題。此外，神經保護劑在缺血再灌注模型中比在永久性缺血中更有效。然而，神經保護的相關臨床試驗都是在一般治療時間窗（4 h）之外招募的患者，僅少數接受再灌注治療的患者在治療時間窗內，并且還存在一部分治療目標未得到直接驗證的異類受試者[18]。動物模型的研究結果通常與這些核心原則一致，但仍然出現臨床轉化失敗，可能人體試驗和臨床前研究都存在缺陷。進行臨床前研究需要更加嚴格的標準，并采用減少試驗和報告偏倚的機制。在臨床試驗中，如急性神經保護的那他珠單抗試驗和卒中早期保護試驗，需要更仔細地考慮臨床前數據[19-20]。為了挑戰動物模型研究，需要對性別和合并癥進行建模假設和設計[21]。

2．6 臨床前卒中研究的新方法 對近期發表的臨床前卒中研究的文獻進行系統評價，發現這些研究通常缺乏如隨機化、雙盲和功效計算等反映實驗設計質量的理念。在投資昂貴的臨床試驗之前，應在多個實驗室以不同的方法測試不同的候選藥物療效，以確保效果的可重復性。在這方面，腦創傷手術治療聯合會和歐洲多中心臨床前動物研究小組的努力證明了采用嚴格研究原則的多實驗室方法的可行性。臨床前研究的多站點跨學科網絡可以最大限度地減少偏差，確保實驗質量和足夠的樣本量，促進整個動物模型的標準化，優化和加快臨床試驗中最有希望的候選治療藥物的選擇。如果可以將這種網絡開發為協作網絡，則可以利用現有基礎架構來降低臨床前測試的總體成本。但對于這種類型的方法，還需要考慮以下問題：激勵效績指標、確保專業知識、培訓和保留高素質人員、保護知識產權、對候選人進行嚴格的甄選以及增加的前期成本。

在臨床前研究中復制臨床試驗中Ⅰ到Ⅲ期的過程，并逐漸增加復雜性和集中監督，不失為一種有效的方法。這種方法雖然直觀，但仍不確定如果使用與臨床試驗相同的標準進行臨床前研究是否更具預測性。另一種方法是設計的臨床試驗更符合臨床前研究的條件，方法是根據卒中亞型、機制、部位、損傷的大小和嚴重程度，匹配的終點是將患者分層，以納入更均一的卒中人群，并排除不太可能對治療產生反應的患者。例如，使用神經影像識別可挽救半暗帶的患者可以成功完成荷蘭急性缺血性卒中血管內治療多中心隨機臨床試驗（Multicenter Randomized Clinical Trials of Endovascular Treatment of Acute Ischemic Stroke in the Netherlands，MR CLEAN）等試驗和其他血管內治療試驗。選擇小范圍的患者人群，即使較小的治療效果也能檢測到，但也限制研究結果的募集和推廣，可能降低試驗的可行性。這種方法與精準醫學倡議相一致，并且在提高效率方面可能具有優勢，最終可以使干預措施僅針對最有可能受益的患者。

確保質量是轉化研究的重中之重。評估臨床前研究（特別是在驗證階段）的價值和可行性，以確保以標準化的方式收集數據，可以與臨床研究中使用的監督機制相提并論。

臨床前轉化終點的統一和標準化以及數據收集和報告的通用數據元素的開發可能有助于減少結果的異質性，并改善對大多數信息量度的比較分析。此方法已為臨床研究人員和其他臨床前領域所接受，其在卒中轉化研究中的價值不應被低估。

已有非編碼RNA在卒中后神經保護的相關研究，微小RNA（microRNA，miR）-181可以降低小鼠卒中模型梗死發生率，應用其受體拮抗劑治療可促進長期行為的改善[22]。miR-210可改善線粒體功能，促進神經元再生。在缺血模型中，miR-29和miR-7顯著下調，當進行補充后，腦損傷得到抑制，功能得到恢復[23]。miR-15a/16-1參與缺血后血管生成的調控，在卒中后7 d，小鼠的腦血管系統中miR-15a/16-1水平升高。轉基因miR-15a/16-1過表達可導致卒中小鼠腦血管形成減少、腦梗死增加和神經功能缺損[24]。開發抑制microRNA藥物可能促進卒中后功能恢復。另外，還進行了蛋白酶在卒中治療中的相關研究，樹突狀棘突是一種特殊的樹突狀突起，它接受大腦中大部分的興奮性輸入，小鼠實驗表明重組t-PA治療可促進缺血性卒中后樹突狀棘突的恢復和神經功能的改善。t-PA除了具有纖溶活性外，還能影響N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體的信號轉導，研究發現單鏈t-PA是唯一能夠促進NMDA受體介導神經元凋亡的因子。因此，防止依賴t-PA調節的NMDA受體信號傳導可能增加卒中t-PA治療的治療窗口[25]。

3 我國卒中轉化醫學研究現狀

雖然大家共識轉化醫學研究的重要性，但真正基礎和臨床緊密結合轉化研究的群體較少。2015年，中國卒中學會成立轉化醫學分會，每年在北京舉辦“卒中轉化醫學-青年醫師菁英賽”以培養轉化醫學研究人才；2017年，我國發布卒中動物模型建立的指南；2018年，我國發表《腦小血管病轉化醫學研究中國專家共識》；中國卒中學會還設立了“青年卒中研究獎”，來表彰基礎和轉化醫學領域的年輕卒中研究者。促進我國更多的從事卒中基礎和臨床研究團隊進行轉化醫學的研究。

4 我國卒中轉化醫學研究模式、愿景

轉化醫學分會經過討論，探討了我國卒中轉化醫學研究模式。從臨床發現問題，并提出科學假說，或基礎研究發現的相關機制，以此制訂研究方案，體內和體外基礎研究相結合進行探討，通過臨床轉化進行臨床研究，并將研究成果進行產業化，或將高科技技術直接轉化臨床，最后服務于臨床。

4．1 研發貼近人的卒中動物模型 對于小鼠腦缺血模型，應考慮年齡問題，結合動脈粥樣硬化等合并癥，使得與人的卒中發生過程和病理過程相符；對于高血壓大鼠模型，應解決血壓不穩定、易出血等問題；對于靈長類動物模型，應解決缺乏基礎血管高危因素，且不穩定等問題。

4．2 研發卒中發生、發展、預后判斷的分子標志物 可在外周血、唾液、糞便和尿等樣品中探索，如非編碼RNA、外泌體、microRNA、相關機制涉及的蛋白酶、基因表達的翻譯后修飾、腸道菌群等。還應探索卒中發生發展、預后判斷的影像標志物，利用CT和MRI結合功能影像技術，建立大型影像數據庫，與影像和工程領域合作，建立先進的算法。

4．3 我國已建立了大數據人工智能篩樣平臺，為治療卒中奠定了扎實的基礎 第一個平臺是化合物正向篩選平臺，化合物庫有1．4億個化合物，包含人類目前能合成所有化合物，老藥、食源性、內源性化合物達800個，晶體化合物超過25萬個，人類蛋白超過5萬個。篩選過程通過計算機預測完成，經過測試發現篩選命中率達到10%～30%，該平臺還可以發現老藥的新靶點，篩選老藥發現新的用途。第二個平臺是化合物優化平臺，化合物優化的平臺用于增強化合物的藥效，其優勢在于優化化學結構，大幅度提高藥效，并探索全新靶點制作晶體藥物。第三個平臺是深度學習神經網絡模型成藥性評估平臺，用于預測藥物的成藥性。由神經元、神經系統、圖片系統、訓練數據集4部分組成。第四個平臺是化合物反向篩選平臺，該平臺可以找到中藥有效成分單體的靶點，或者發現老藥的毒性靶點。第五個平臺針對全新靶點篩選化合物，該平臺只需要指定一個蛋白序列或靶點氨基酸序列，通過建模初步預測該蛋白序列的酶活性中心和能結合小分子的位置，用化合物優化的平臺篩選藥物。第六個平臺用于尋找全新的靶點。通過搜集臨床樣本轉錄組數據，進行愈后情況分析，并在所有基因之間做一個相關分析，設置靶點指數，指數高代表該基因可以做抑制劑靶點，指數低可以做激動劑靶點。最后一個平臺可以分析化合物的藥效和毒性。把所有的上市藥和退市藥做一個反向的篩選，將人類幾萬個靶向藥全部對接一遍，新的化合物和退市藥靶點很相似，則毒性高的可能很大，如果跟上市藥比較接近，則毒性比較低。上述7個平臺相結合，用于發現新藥開發或者發現老藥新的適應證。對于老藥治療卒中的新功能，可以根據公認的一個靶點，沒有晶體結構或者沒有老藥的，針對這個新靶點進行預測，篩選老藥的庫，可以直接找到老藥。

4．4 研發卒中后腦損傷的保護劑 基于基礎研究進行靶點篩藥，動物研究需要多中心，保持數據一致性，同時應在小型動物和大型動物等不同動物模型上進行研究，嚴格做好臨床前研究的每一步，做好臨床評估。同時，發現老藥新功能，基于基礎研究靶點篩選老藥，驗證其腦保護新功能，老藥已通過毒理試驗，不良反應已知，目前有美國食品及藥品管理局、中國國家食品藥品監督管理局的已上市臨床藥物庫，這樣能較快進行臨床轉化。建議臨床前研究也要多中心研究，證明其藥物的療效。

4．5 培養卒中轉化醫學研究人才 宣傳轉化研究的重要性，提高基礎和臨床工作者的重視度，培養研究型的臨床醫師，積極與基礎研究者合作，轉化分會將實施托舉人才培養計劃，同時中國卒中學會也會大力推進。

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