精准医疗发展现状及趋势

谢俊祥张琳

1 中国医学科学院 北京协和医学院 医学信息研究所 （北京 100020）

2 中国青年政治学院 图书馆 （北京 100089）

精准医疗发展现状及趋势

谢俊祥1张琳2

1 中国医学科学院 北京协和医学院 医学信息研究所 （北京 100020）

2 中国青年政治学院 图书馆 （北京 100089）

精准医疗是以个体化医疗为基础，随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。本文从精准医疗的概念、发展历史、服务体系以及相关技术和产业发展几个方面，分析其面对的问题并提出适当的建议。

精准医疗 概念 服务体系 技术 产业

随着人类基因组计划的完成，个人基因组、肿瘤基因组、环境基因组学、基因测序技术的发展，以及生物及医学向着数据密集型科学的逐步转化，“精准医疗”作为生物和医学领域的一个全新概念应运而生，为临床病症更为准确、有效的诊断、治疗提供积极的指导作用。精准医疗的实施能够推动医学科技与大数据和信息科学的进一步交叉融合，从而使医疗模式从粗放型向精准型转变。因此，国内外各国政府和企业已经开始了“精准医疗”背景下的战略与科学研究部署。美国总统奥巴马2015年1月20日发表了题为“精准医疗计划”的倡议，尝试通过收集基因组学和其他分子学信息为患者提供个性化医疗；中国政府业已组建中国精准医疗战略专家组，积极制定“精准医疗”战略规划，并计划纳入“十三五”重大科技专项。为了进一步详述精准医疗的巨大影响，本文将从精准医疗的概念、国内外发展情况、技术框架、产业市场以及问题和建议等方面对精准医疗进行研究。

1.精准医疗概述

1.1 精准医疗概念

精准医疗（Precision Medicine）始见于2011年美国国家科学院《迈向精准医疗：构建生物医学研究和知识网络和新的疾病分类体系》的报告中[1,2]。可理解为：精准医疗是以个体化医疗为基础、随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学而交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式，本质上是通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，对于大样本人

群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确亚分类，最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益。简而言之，精准医疗是根据病人特征“量体裁衣”，制定个性化的精确治疗方案，是以分子生物学特征或指标为基础的标准化个性化医疗。

1.2 精准医疗发展

1.2.1 美国的精准医疗计划

美国精准医疗计划的产生，一方面是由于美国医疗成本的不断上涨；另一方面是由于医疗科技的发展，主要包括大规模生物数据库的建设、基因测序能力的提升和测序成本的下降以及大数据计算分析手段的提高[2,3]。旨在通过建立百万人群规模的全国研究队列，开展基因组学和精准治疗方法研究，资助开发下一代基因检测技术以及制定相关的信息数据标准等，实现精准医疗在肿瘤防治领域的应用，继而扩展到与健康相关的所有领域中。并且，奥巴马政府在经费投入、政策法规制定、监管能力和宣传力度等方面为“精准医疗计划”的启动和实施提供了相应的保障。

1.2.2 英国的精准医疗计划

英国政府于2012年发起“10万人基因组计划”，旨在对英国国民医疗标间制度记录中的10万名病人的完整基因组进行测序，其目标是根据基因组学和临床数据制定个性化的癌症和罕见疾病疗法，打造“世界第一个将提供基因组医学作为日常护理一部分的主流健康服务体系”[1,4,5]。2015年，英国创新中心为了加速精准检测和个体化用药的发展，推出精准医疗孵化器，并着手搭建国家精准医疗网络，从而利用当地的资源来收集和分析海量的临床数据，利用模式动物开展临床试验并进行验证，利用国家健康服务来推动精准医疗的发展。由此可见，英国的精准医疗更侧重于对临床数据的收集。

1.2.3 中国的“精准医疗”

2015年3月，我国成立了精准医疗战略专家组，有国家卫计委和科技部牵头，论证启动精准医疗计划，积极跟进精准医疗的研究[6]。将精准医疗的研究中心筹建在北京协和医院和四川大学华西医院等三甲医院，同时发布了第一批肿瘤诊断和治疗项目高通量基因检测序技术临床试点名单，拟将精准医疗计划列入国家“十三五”科技发展规划。与美国一致的是政府都认可精准医疗的概念以及前景，并且都强调精准医疗需要新的技术、设备和研究领域。但我国对于精准医疗的解读，更具中国的特色：基于我国医疗支出占比较少、医疗资源分布不均、相关法律和善后机制滞后，以及我国人口数量庞大、发病病种多、慢性病高发和人口老龄化的现状，我国不仅加大了精准医疗，尤其是重大疾病的重大医疗投入，而且对于精准医疗发展的关键——基因检测技术提供了宽松政策和研发技术的支持。

2.精准医疗服务体系

2.1 精准医疗框架（详见图1）

医疗的任务是人的健康保障，精准医疗的目的是更为有效地实现这一目标[7]。从疾病发生发展的全过程来看，医疗体系涉及到疾病发生前的预防和高风险人群的疾病筛查，即院前管理，院内患者的诊断和治疗，以及院后的康复。其中，在院前管理和院内患者诊断治疗阶段，还涉及到最为复杂也最为关键的步骤，即疾病分型。精准医疗倾向于使用遗传学或生物学手段将疾病在基因或分子水平进行细分，从而得到更精准的治疗方案。因此，院前预处理系统中根据地域、时节、环境、人群特征等流行病学数据的医疗信息库，是精准医疗院前管理的重中之重。利用信息技术对医疗信息库中大量人群的家族病史、特殊习性或嗜好、分子遗传特征等医疗相关信息进行筛选和处理，建立人群及个体的疾病路线预防图，从而提升人群及个人疾病预防的成效，降低发病率，提升整体人群的健康水平。

疾病精准诊治信息整合系统分为精准疾病信息诊断管理系统和疾病精准优化治疗管理系统两方面。两者均依赖于诊断和治疗技术的研究和发展，基于大量诊断仪器、分析技术等纯技术因素和循证医学研究、个性化医学理念等研究方法的精准诊断系统，可以为医生提供海量智能的病情数据，帮助其快速、全面、准确的诊断病情，为治疗手段的选择提供决策支持；精准优化治疗管理系统能够帮助医生进行技术、方案、术后以及成本等多方面评估，从而得到针对个体患者的最佳精准治疗方案。

精准院后康复管理系统是根据患者的预后跟踪随访数据建立起来的，其目的是精确掌握患者个人的康复状况，并提供个性化专业康复指导。

2.2 精准医疗技术

精准医疗的技术[8]没有具体的限定，一般来说，所有能够满足临床上进行个体化治疗且提高疗效，减少副作用的方法和技术都可以划为精准医疗的范畴，主要包括基因组学类技术、信息类技术等领域。

2.2.1 基因组学类技术

基因组学类技术是指基因组学（genomics）、蛋白质组学（proteinomics）、代谢组学（metabolomics）、转录组学（transcriptomics）等领域的相关技术，是生物学研究和临床精准医疗的热点和基础。主要包括生物芯片技术（microarray）、第二代测序技术（next-generation sequencing，NGS）、Panomics技术、NanoString技术等。

图1. 精准医疗框架

（1）生物芯片技术（microarray）

生物芯片技术是指把生物信息片断或成分打印在支持介质表面的微阵列杂交技术，可以说是产生大数据的首个高通量生物技术。现有的芯片包括DNA、RNA、蛋白质、糖分子、甲基化、细胞和组织等类型。随着第二代测序技术的问世，某些类型的芯片如DNA芯片已逐渐被冷落，但因其技术和分析工具的成熟性，仍有临床精准医疗应用的价值。而且，此技术在生物感测器（biosensor）等方面的开发和应用前途无量。另外，改造的液相芯片为此技术增加了新的活力并可广泛应用于精准医疗。

（2）第二代测序技术（next-generation sequencing，NGS）

第二代测序技术是一种能生成高达500千兆碱基数据（gigabases）的大规模平行测序技术。该技术是TCGA和ICGC绘制完整的人类癌症基因图谱的主要工具，可以检测单核苷酸变异、插入或缺失、拷贝数异常、结构变异、基因融合、甲基化及表达。第二代测序在科学和技术领域迅速获得认可，已成为一个重要研究平台。但第二代测序技术的样品制备过程非常复杂并且生成的序列数据难以处理，为其临床应用带来了许多障碍。

（3）Panomics技术

Panomics技术是Luminex公司研制的后基因组时代技术平台，是在流式细胞技术、ELISA技术和芯片技术基础上开发出的液相芯片技术平台。它运用branchNDA信号放大技术捕获目标RNA信号，可进行3～80个基因的同时定量分析的大样本验证检测，效果特异、灵敏，可应用于肿瘤诊断、精准治疗和预后评估，尤其为复杂的多因性疾病诊断、制定个性化治疗方案提供了极大便利。

（4）NanoString技术

NanoString技术是继生物芯片和二代测序技术后在基因表达谱分析上展示出强大应用前景的新液相芯片技术。其核心技术是nCounter分析系统，是直接对基因表达进行多重计数的全部数字式技术，利用分子条形码和单分子成像来检测及统计每一个反映体系中特定转录本的数量，表现出极高的灵敏度、精确度和重复性。该技术无需使用酶，无需反转录，也不需要做PCR扩增，即可进一步减少误差的产生，因此nCounter在表达谱定量分析领域具有无可比拟的优势。

2.2.2 信息类技术

精准医疗的信息类技术归根结底就是知识生物大数据和信息库的建立[9-11]。近年来肿瘤分子病理、基因检测等现代分子生物学领域的进展颇丰，临床数据的采集和积累也突飞猛进，但对这些数据的挖掘、评估、整合和应用亟待加强。精准医疗信息类技术体系包括生物样本库、生物信息学、电子病历和大数据分析技术。其中，三大资源库数据的采集、数据的互联、数据的分享以及数据的计算和分析是精准医疗信息类技术要解决的重点，而大数据分析技术则是实现精准医疗的关键。

图2. 精准医学数据挖掘框架

（1）生物样本库

转化医学研究为精准医疗提供重要的组学数据和临床医学信息，是其重要的组成部分。生物样本库保存并提供人类生物资源极其相关信息，是转化医学研究的重要资源，因此被认为是精准医疗的前提条件之一。通过统计学、分子生物学、计算机科学等领域的方法和软件，结合组学技术，开展队列和疾病研究，分析生物样本库中的生物样本，发现和验证生物标志物，真正体现生物样本的资源保障作用。

（2）生物信息学

生物信息学综合利用统计学、分子生物学、计算机科学，存储和分析生物数据，研究重点包括基因组学、蛋白质组学、蛋白质空间模拟、药物设计等。结合患者信息和实验结果，生物信息学可以发现蛋白质、基因、代谢产物等生物标志物，从而帮助确定药物设计和诊疗方案。

（3）电子病历

生物标志物的发现需要临床数据与患者样本数据相结合。因此，电子病历需要承载整合生物信息数据、临床数据、患者基本信息等信息的功能，从而为基因和分子信息分析以及其他数据分析奠定基础。

（4）大数据分析

利用数据挖掘、本体等大数据分析技术方法对医疗云、服务器集群等数字化平台中存储的精准医疗大数据进行转化规约，建立疾病知识共享平台，在大数据库的框架下（图2），寻找疾病的分子基础及驱动因素，重新将疾病分类，实现精准的疾病分类及诊断，并在此基础上，开展循证医学研究，对有相同病因、共同发病机制的患者亚群实现精准评估、治疗及预防。目前，常用的数据挖掘技术有人工神经网络技术、MetaLab、MetaCore等。

3.精准医疗产业发展

3.1 国家政策支持

基因检测技术是精准医疗发展的关键，而国内的政策正在逐步放宽[12]。2013年，国家食品药品监督管理总局先后批准华大基因和达安基因的三代基因测序诊断产品上市；2014年11月4日，国家卫计委评估公布了第一批高通量测序技术临床应用试点单位；2015年年初卫计委又公布了109家入选开展高通量基因测序产前筛查与诊断的试点单位，使得基因测序行业逐步规范；科技部召开国家首次精准医学战略专家会议，计划在2030年前，在精准医疗领域投入600亿元，并有望列入国家“十三五规划”。除此之外，国家政策的支持也涉及到细胞治疗、干细胞等精准医疗的相关领域。

3.2 产业发展现状及前景

目前看来，全球精准医疗市场规模已经突破600亿美元，其中精准诊断领域在100亿美元左右，精准治疗领域在500亿美元左右。今后5年，全球精准医疗市场规模还将以每年15%的速率增长，国内增速超过20%。我国政府决定于2030年前将在精准医疗领域投入600亿元，其中中央财政支付200亿元，企业和地方财政配套400亿元[12]。伴随政策的支持、投入的增加以及技术的快速发展，作为精准医疗关键部分的基因检测产业链也不断完善，形成了全产业链以及上中下游专业化的态势（见表1）。

随着技术的快速发展和产业链上相关企业的博弈，基因测序市场也日益分工，形成了面向科学研究、药品研发、临床领域和个人用户的测序服务供应商和生物信息服务商。但基因测序的产业链核心技术实际上是基因测序仪的生产。国内企业也多通过与国外仪器企业合作，授权或买断产品来提高自己的竞争力，如华大基因。另一方面，如何将基因测序服务推向市场，是基因测序产业链的最核心问题。但是，由于基因测序的基本逻辑在于大数据的比对，因此，当前精准医疗的重中之重是临床研究的样本数据，以及高效智能的表型分型方法和大规模的基因数据库建设。

表1. 国内涉及基因检测的相关公司

4.精准医疗存在问题及建议

精准医疗是一场融合基因技术、生物化学技术和信息技术的革命，因此精准医疗的推进存在诸多问题。首先，由于常见疾病变得小众化，使得治疗费用愈发高昂。例如，乳腺癌、肺癌等常见肿瘤，在精准医疗计划里被进一步分解细化为准确的基因型，导致受益于某种药物的人数越来越少，抬升药物的研发成本。其次，病人数据隐私的保护，愈发凸显。基因组信息将成为个人身份及因素的重要部分。移动医疗及信息收集方式快速发展，如何更好的保护个体数据隐私，构筑数据安全网络，将是不得不考虑的问题。再者，世界范围内的数据标准化和共享是实现精准医疗的关键所在[13]。由于精准医疗的基础之一是数据的积累，因此在一定程度上阻碍了数据的标准化和共享，各大基因检测公司及医院以自己的数据信息

作为优势。另一方面，由于国家之间的政治、文化、道德、法律以及宗教信仰等因素，使得数据的标准化和共享不仅仅是技术问题，因此对于精准医疗的发展是极大的挑战。最后，人们不得不面对前所未有的基因伦理挑战。基因测序数据可能有助于疾病的诊断，但是也会预测未来发生某种疾病的可能性[14]，如何处理潜在人群的心理问题进行有效的辅导，也是精准医疗面临的一大难题。

基于精准医疗的强大发展势头以及所面临的各种问题，我国应该建设有中国特色的精准医疗计划。一是要制定发展精准医疗的相关规划，加大科技经费投入。利用我国最近出台《关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革的方案》，整合各类科技计划以避免重复、分散、封闭、低效和资源配置“碎片化”等问题之机，组织国内外相关领域科学家开展战略研究，加强顶层设计和统筹协调，做好与“重大新药创制”国家科技重大专项及其他生物医学项目研究体系的衔接，研究制定中国的“精准医学研究计划”并纳入国家“十三五”发展规划，并确保有足够的科技计划经费投入。二是要充分发挥中国的比较优势，积极开展精准医学研究。精准医疗的实现离不开基因组测序能力和大规模队列及所产生的生物大数据资源。中国要充分利用好全球第一的基因测序能力（华大基因等）、世界上最多的人口和庞大而病种齐全的患者人群、现有的大规模队列（如20万人的泰州队列）等有利条件，以及较低的研发成本（临床试验和灵长类动物实验成本都只需西方国家的1/5），积极开展精准医学研究。三是要抓紧研究制定相关法律法规和标准，加强监管。美国此次实施精准医疗计划，不仅资助医学科技研究，还通过联邦政府有关机构如FDA和ONC，制定基因诊断等临床新技术新产品的评审和监管、隐私保护、数据安全相关的政策法规，以适应监管需要。中国相关政策法规体系尚不完善，SFDA等监管部门宜抓紧开展研究，制定促进精准医疗发展的相关政策法规。

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[2] 赵学森, 蒋栋, 陈晨 ,张福杰.精准医疗大背景下医学研究生交叉领域培养的探讨[J]. 继续医学教育,2015,29(11):52-54.

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The Current Status and Trends of Precision Medicine

XIE Jun-xiang1ZHANG Lin2
1 Institute of Medical Information, CAM & PUMC (Beijing 100020)
2 China Youth University of Political Studies, Library (Beijing 100089)

Precision medicine is a medical model that proposes the customization of healthcare, with medical decisions, practices, and/ or products being tailored to the individual patient. In this model, gene sequencing, informatics and bigdata are often employed for selecting appropriate and optimal therapies. This paper summarizes the concept, traits, technology, industry and the existing problems and future directions of precision medicine.

precision medicine, concept, traits, technology, industry

1006-6586(2016)06-0005-06

TP39

A

2016-03-16