我國生物樣本庫的研究進展*

2021-03-17 05:09:00劉峙雅綜述葛瑞欽徐慶華審校

現代醫藥衛生 2021年5期

劉峙雅綜述，葛瑞欽，徐慶華審校

(安徽省醫學科學研究院，安徽合肥 230061)

隨著科學技術的進步，人類醫學事業發展正在從基礎醫學研究向精準醫學研究邁進，而高質量可溯源的生物樣本作為病因學研究的關鍵資源尤為重要，于是生物樣本庫應運而生。目前，許多國家都已建立針對本國人群的生物樣本庫。不同國家的人群由于遺傳基因、環境、生活習慣等不同，致病因素也不盡相同，因此我國有必要建立本土特有的生物樣本庫。目前，我國生物樣本庫建設仍處于起步階段，與國際生物樣本庫的建設和發展存在一定差距，尚有諸多問題亟待解決。

1 生物樣本庫定義和類型

1.1定義生物樣本庫，又稱“生物銀行”，國際經濟合作與發展組織將其定義為標準化收集、處理、儲存及應用健康和疾病生物體的生物大分子、細胞、組織及器官等樣本，以及與這些生物樣本相關的臨床、病理、治療、隨訪、知情同意等資料及其質量控制、信息管理與應用系統[1]。按照國際生物和環境樣本庫協會的定義，生物樣本庫是接收、貯存、處理及分發樣本的實體，包含其地理位置及與其運營相關的所有活動[2]。

1.2類型近年來，隨著樣本資源重要性的逐漸凸顯，在國家政策和社會需求的雙重刺激下，國內生物樣本庫呈現百花齊放。將這些生物樣本庫按研究目的不同可劃分為專病型、隊列型、政府公益型；按學科種類多少可分為單一學科型、多學科型；按建設基地數量可劃分為區域型、多中心型；按規模大小可劃分為國內中小型、國家型、國際型[3]。

2 國際生物樣本庫建設現狀

2.1建設情況國際生物樣本庫建設起步較早，美國從1987年開始建立專門的生物樣本庫，英國生物樣本庫(UK Biobank)于1999年建立，歐洲生物樣本庫從2001年開始創建，歐盟于2008年籌建了泛歐洲生物樣本庫與生物分子資源研究平臺(BBMRI)。與此同時，奧地利、澳大利亞及韓國、日本、新加坡等國家也都陸續建立有本土生物樣本庫或生物樣本資源平臺[4]。此外，全球比較有代表性的生物樣本庫還有美國國家癌癥研究所下屬的生物樣本庫和生物樣本研究處(NCI-BBRB)、盧森堡聯合生物庫(IBBL)、公共人口基因組計劃(P3G)、國際生物和環境樣本庫協會(ISBER)、卡羅林斯卡醫學院樣本庫(KI Biobank)及美國基因環境和健康樣本庫(RPGEH Biobank)[5]。

2.2建設經驗國際上既有著名的生物樣本庫，也存在正在建設中或建設失敗的生物樣本庫。如UK Biobank從2006年開始跟蹤50萬名志愿者的健康和幸福狀況，旨在提高一系列嚴重和危及生命的疾病預防、診斷和治療，是目前世界上建成的規模最大的人類遺傳隊列生物樣本庫；嬰兒生物銀行(BBB)正在由倫敦大學和倫敦帝國理工學院兩所高校積極建設運營中；新加坡生物銀行(SBB)建設卻以失敗而告終等。在諸多成功和失敗建設案例中，歸納總結相關建設經驗，呈現如下。

2.2.1非營利性組織需要妥善解決長期資金供應問題 UK Biobank是一個非營利性慈善機構，初始資金約為6 200萬英鎊，其由Wellcome Trust醫療慈善機構、醫學研究委員會、衛生部、蘇格蘭政府和西北地區發展署共同建立。同時還得到了威爾士政府、英國心臟基金會、英國癌癥研究所和英國糖尿病協會的資助，并由國家衛生服務體系支持。該庫向世界任何地方真誠的研究人員開放，包括由學術界和產業界資助的研究人員[6-7]。成立于2002年的SBB是由新加坡政府領導的科學、技術和研究機構共同建立的全國性非營利性生物銀行，成立之初由生物醫學研究委員會撥款資助。SBB本來打算為研究人員儲存和提取生物樣本實施一種成本回收模式，但最終由于未能自給自足，于是生物醫學研究委員會決定停止資助，于2011年停止運營[8]。BBB是通過倫敦金融城市長呼吁籌集，由致力于改善婦女和嬰兒健康的慈善機構資助，并得到了基金會的捐贈?；I集到的資金包括6名全職員工在5年內招募2 500名志愿者和準備樣品采集的費用，以及樣本存儲過程中所需的設備[6]。

生物樣本庫大部分運行成本來自生物樣本的收集、處理、分發和存儲，以及支持生物醫學研究的相關臨床數據；另外，機器和設備的維修也消耗大量公共資金[8]。因此，組織或機構獲取資助的方式應是多渠道、多方面的，如政府幫扶、慈善機構資助、社會募捐等。此外，生物樣本庫組織或機構的屬性應當明確為非營利性質，確保長期資金供應的同時需實施科學嚴格的制度來保障其正常運行，期望自給自足模式對機構建立初期十分不利。

2.2.2各項可能影響項目進展的審查應提前做足準備倫理審查方面，BBB獲得倫理批準是一個直截了當的過程，其使用國家研究倫理服務平臺，通過在線綜合研究應用系統與研究倫理委員會通訊。只要數據符合審查原則的申請即批準通過，從而將研究團隊從耗時的倫理申請過程中解放出來[6]。

治理框架方面，UK Biobank考慮到該項目的復雜性和與遺傳研究相關的敏感性，通過一個開放的協商過程，以確保研究出符合倫理的治理框架。該框架由資助者發布，并在這一研究領域設立了新的標準[7]。行政審查方面，臺灣生物樣本銀行在處于初期階段(試點研究階段)，還沒有進入實驗室階段即開始對項目在政治和文化上的形成過程進行審查，并指出其可能產生的意外社會后果[9]。

2.2.3合理的時間規劃、機構設置及人員分配以成功的UK Biobank為例，其項目運作的總體時間框架是相當可觀的。規劃、進行初步咨詢、制定倫理和治理框架、制訂研究方案、為研究和試點研究頒發倫理批準證書。這些工作大約花費了3年時間，全面招募志愿者的計劃時限長達5年。收集縱向數據的預估時間為20多年[7]。

以BBB為例，參考其機構設置及人員分配情況。BBB是由臨床教授合作者支持，設立整套的人員配置且分工明確。BBB經理負責所有行政方面事務，包括在倫理應用、年度報告、網站管理、每年2次的通訊及整個團隊的人員管理；3位招募人員在不同的醫院網站工作，提供24 h服務，確保收集盡可能多的樣本；2位樣本管理人員負責樣本條碼技術、加工、質量控制、存儲及數據庫條目。BBB有自己的科研管理委員會，主任委員負責確保所有協議是遵守國家組織庫的道德規范，同時裁決哪些項目可以獲得更多的樣本并用于后續研究[6]。

2.2.4高質量可共享的樣本讓生物樣本庫真正“活”起來收集大量的生物樣本和臨床數據，可以詳細研究許多疾病背后的機制?；跒閲液蛧H研究提供可靠數據的目的，BBB致力于提供高質量樣本。這將促進合作性科學研究，以確保樣本的最佳利用。通過收集高質量可共享的樣本作為生物樣本庫的基礎資源，可以將倫理審查、員工成本和項目的經濟成本等負擔降至最低[6]。

西班牙建立的艾滋病毒生物庫嚴格遵守道德規范，對不同的艾滋病兒童樣本進行處理、儲存。兒科艾滋病毒生物樣本庫有429個小瓶，其中不同類型的樣本來自243例垂直感染艾滋病毒的患兒。兒科艾滋病毒生物庫不僅對從事艾滋病毒研究的基礎和臨床研究小組，而且對那些試圖建立大型網絡以研究特定臨床問題的小組具有深遠意義。此外，該生物庫以研究具體臨床問題為契機刺激外界合作[10]，用科學標準收集高質量樣本并進行數據的保管，使生物樣本庫真實發揮作用，提高其影響力從而促進合作，吸納更多資金投入用以維持長期運行。

2.2.5堅持以人為本的原則任何醫學研究的實施都應當尊重倫理，堅持以人為本的原則，生物樣本庫的運行也不例外。BBB在招募參與者時，將其幸福感和滿意度放在首位，因為這是任何生物樣本庫長期存活和運營成功的基礎[6]。

伊朗乳腺癌生物銀行規定，可以通過聯合項目提供與其他研究人員及其相關機構共享樣本的機會。出于尊重道德倫理，樣本被匿名共享，且任何出于商業用途使用庫中樣本的行為都是被禁止的。這些樣本僅用于特定的聯合研究項目，并且僅供聯合項目的合作機構使用。上述項目如有變動，均須通知生物銀行。此外，發現任何可能對個人產生診斷、預后或治療影響的情況均應向銀行報告[11]。

3 國內生物樣本庫建設現狀

3.1國內生物樣本庫相關文獻分析通過檢索中國知網數據庫2004-2019年生物樣本庫相關文獻，共獲得380篇文獻。排除會議摘要、短篇通訊、重復或無關生物樣本庫主題的文獻，最終篩選出有價值文獻254篇。通過對文獻歸納綜述，統計分析文獻發表時間、作者單位、研究主題等，從側面反映我國生物樣本庫建設發展歷程、發展區域和發展側重點。

3.1.1文獻發表時間 2004年之前檢索到的符合要求文獻共2篇，但發表年份較久遠。因2020年相關文獻數量尚在持續變化中，不計入本次統計分析。對2004-2019年度發表的生物樣本庫文獻數量進行統計形成趨勢圖，國內近16年來的生物樣本庫相關文獻發表數量整體呈上升趨勢，側面反映出我國生物樣本庫建設逐漸受到關注(圖1)。

圖1 2004-2019年我國生物樣本庫相關文獻發表數量

2004-2010年發表文獻數共計7篇(2.8%)，其中有6年發文量小于或等于1篇。此階段，國內存在醫療機構在臨床工作中收集樣本的情況，但樣本數量難成規模，而極少數大型生物樣本庫建設也只是處于籌劃階段。“十二五”期間(2011-2015年)發表文獻數共計108篇(42.5%)，受國家政策號召和國際潮流的推動，部分醫療機構開始建立起自成體系的生物樣本庫；“十三五”期間(2016-2019年，未計入2020年)發表文獻數共計139篇(54.7%)。隨著國內生物樣本庫數量的增多，建設過程中遇到的諸多問題也隨之而來，生物樣本庫開始從點到面地被挖掘、探索。

3.1.2作者單位對發表文獻數量前5名的作者及其工作單位進行統計(表1)可知，共有10位作者，8家單位，其中30%(3/10)的作者來自同一工作單位，作者分布較為集中；63%(5/8)的單位位于北京、上海等一線城市，研究機構分布呈現區域性。

表1 發表文獻數量前5名的作者及其工作單位

3.1.3研究主題按研究內容的主題不同對文獻進行分類，主要集中在6個方面，部分文獻同時涉及2個主題，見圖2。目前，國內生物樣本庫體系的基礎建設與發展備受關注，其次是管理、倫理與法律、技術支撐、信息及人才建設方面。這與國內生物樣本庫發展軌跡相契合。近年來，國內生物樣本庫數量持續增加，在建設與發展過程中總結諸多經驗，正在面臨如何完善管理體系、同步相關審查、保障可持續發展等問題。

圖2 我國生物樣本庫建設與發展相關領域分布情況

3.2政策背景隨著“十二五”國家科技計劃的推進，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十二個五年規劃的建議》《“十二五”生物技術發展規劃》等規范性文件相繼出臺?！夺t學科技發展“十二五”規劃》第八條明確將“系統建設臨床樣本資源庫”列為“支撐醫學發展”的重要工作之一[12]。我國生物樣本庫建設進入蓬勃發展階段?！丁笆濉毙l生與健康科技創新專項規劃》進一步要求，推動臨床樣本資源庫的標準化和規范化建設。生物樣本庫受關注度持續提高。

3.3標準化建設進展 2009年11月，中國醫藥生物技術協會組織生物樣本庫分會成立。2013年中國醫藥生物技術協會修訂了《全國組織生物樣本庫質量達標檢查管理指導原則》[13]。2015年6月，中國國家標準化管理委員會批準成立全國生物樣本標準化技術委員會，主要負責樣本的收集、處理、保存、出入庫等技術方法和國家標準的制定和修訂。2016年度，全國生物樣本標準化技術委員會共申報提交20項國家標準。2016年9月30日，國家衛生健康委員會發布《涉及人的生物醫學研究倫理審查辦法》。2016年12月28日，GB/T37864-2019《生物樣本庫質量和能力通用要求》國家標準立項。2019年9月26日該標準(等同采用ISO 20387)作為生物樣本庫領域首個國標正式發布。2018年8月，ISO 20387《生物樣本庫通用要求》國際標準發布。2018年10月，中國合格評定國家認可委員會倡議和引領的生物樣本庫認可制度在國際實驗室認可合作組織第22屆年會上被國際認可組織確定為一項新認可制度。

3.4建設現狀與存在問題

3.4.1樣本資源利用情況充裕的樣本資源是建設生物樣本庫的基礎[14]。我國人口眾多且地域面積遼闊，具有生物樣本種類繁多的自身優勢，包括地方性疾病、寄生蟲、細菌病毒引發的疾病樣本及動植物標本等，這種區域特異性有利于我國生物樣本庫的發展。此外，《2017中國腫瘤登記年報》數據顯示，我國新發癌癥病例429萬例[15]，已成為世界范圍內惡性腫瘤疾病負擔較大的國家之一。盡管我國生物樣本及腫瘤資源異常豐富，但是由于缺乏系統地收集管理，許多醫療機構在臨床工作中產生的大量珍貴腫瘤樣本被白白浪費[16]。對國內主要生物樣本庫調查，結果顯示，我國生物樣本庫的樣本實際利用率較低，且普遍低于其目標利用率[17]。

3.4.2已建成生物樣本庫種類通過對篩選出的文獻研究內容分析，我國生物樣本庫種類繁多，例如廣東口岸結核分枝桿菌生物樣本庫[18]、上海市婦產科?？粕飿颖編靃19]、江蘇省瘧疾生物樣本庫[20]等。此外，我國已建成首個讀、寫、存一體化的綜合性生物遺傳資源基因庫——深圳國家基因庫。該庫經過5年建設時間，于2016年建成并投入運營，成為我國首個獲批籌建的國家級綜合性基因庫，也是全球第4個建成的國家級基因庫[21]。

目前，國內生物樣本庫多為專病型，涉及的疾病包括腫瘤、糖尿病、心血管疾病、神經系統疾病、血液病、免疫系統疾病和遺傳性疾病等[22]。在篩選出的254篇文獻中，有61篇(24%)是基于實際生物樣本庫案例的文獻，其中基于腫瘤樣本庫多達14篇。

3.4.3標準化建設國內中小型樣本庫主要服務于研究項目或機構本身，一般不與外界共享，是目前國內生物樣本庫最為普遍的情況。我國生物樣本庫標準化建設相對滯后，制定國家標準，深入推進標準化進程，提高標準化國際水平，建立中國生物樣本庫標準品牌已是大勢所趨。

目前，我國生物樣本庫一般都有自己的標準操作流程，但是大多僅供樣本庫內部使用[13]。由于缺乏統一的標準，這些樣本庫的建設和管理良莠不齊，導致異質性較高的多源生物樣本資源難以整合，阻礙了生物樣本庫之間的資源共享應用[23]。與西方國家相比，我國生物樣本庫建設現階段的相關標準及倫理規范尚未健全，需從國家層面上完善相應的法律法規體系[3]。

3.4.4信息化建設信息統一是資源共享的前提[24]，而合作與共享應用始終是硬道理。隨著生物樣本庫的數量不斷增多、規模逐漸壯大，生物樣本信息化管理面臨的挑戰正在從簡單的材料收集轉變為有質量控制的、臨床信息可追溯的樣本資源信息平臺規?；⒁幏痘ㄔO[25]。我國擁有巨大基數的生物樣本資源，資源整合是初衷，雖然整合有難處卻也伴隨著機遇和發展的空間。

生物樣本庫的多功能交互，要求必須具備強大的信息管理系統，能夠準確記錄和追蹤樣本的來源、采集、運輸、處理、貯存和發放等一系列流程[26]。在目前實踐中，有必要將信息化手段融入全過程的信息化管理體系建設，從而達到全面建設多中心生物樣本庫的宗旨與目標[27]。

3.4.5共享應用近幾年，國內生物樣本庫在標準化、集約化、轉化醫學等方面的發展成效顯著，促進了生物樣本資源在生物醫學研究和醫藥產業鏈中的充分應用。但是，由于國內生物樣本庫經濟學意識缺乏，自身造血能力普遍較弱，資源有償服務體系及可持續發展機制仍需進一步完善[28]。保障生物樣本庫能夠長期良性的可持續發展是保持行業活力的永動力，這是我國目前生物樣本庫建設中亟待解決的一個關鍵問題[12]。

4 建議

4.1加強頂層設計，統一制度標準要制定與國情相適應的管理機制和質量管理體系，必須在符合法規倫理的前提下，進行合理的頂層設計，并出臺相配套的規范標準，確保所有系列工作流程有法可依、有章可循，這些工作同時涵蓋到人員、信息、樣本、文件、環境等方面的管理。

4.2建立健全人才培養體系，促進人才隊伍建設目前，我國樣本庫建設專業人才匱乏，這可能也是影響我國樣本庫建設及發展的一個因素[29]。發展是第一要務，人才是第一資源，未來我國生物樣本庫建設要更加注重生物樣本科學研究和生物樣本學科建設。建立科學化、規范化、系統化培訓體系和基地，培養生物樣本庫專業人才隊伍[30]。

4.3提高社會認知度不同工種人群對生物樣本庫的了解，有利于其應用于更多領域和相關工作的開展。然而，我國的患者及民眾普遍對自身權益缺乏認識，甚至相關領域的研究人員、領導者對樣本庫建設、研發和應用的權益及風險也認識不足[29]。如何讓更多人尤其是參與者真正認識并認可該行業，也將是未來建設中需要考慮的問題。

4.4促進轉化醫學應用，探索可持續發展模式通過樣本共享和開放數據庫的應用，提高樣本利用率，并將研究數據反饋給生物樣本庫，從而不斷豐富樣本的各類數據，形成以資源養資源的良性循環，實現生物樣本庫從簡單生產穩步轉型成產業化。

建立和完善一套良好的自身造血機制，要求投入與產出缺一不可。成本投入應從兩方面考慮，一是政府層面需要制定政策，給予財政扶持，同時強化監管；二是社會層面應鼓勵相關機構積極加入，提高民眾認知度，積極培養科技人才。生物樣本資源的價值實現，主要體現在為臨床應用和科學研究提供基礎保障，促進臨床研究從轉化醫學向精準醫學邁進。穩定投入和產出的平衡狀態是實現生物樣本庫可持續發展的根本。

5 小結與展望