如何发挥生物样本库在临床研究中的作用

，， ，，，

临床研究主要是以疾病的诊断、治疗、预后、病因为研究目标，以临床患者为研究对象，以医疗机构为基地的一类医学研究的总称[1]。临床研究起源于临床实践，旨在解决临床实践中出现的问题而进行研究，随着人类对健康需求的不断增长以及科技发展的不断进步，加强临床研究对于提高人民群众的健康水平具有重要的现实意义。世界各国在临床研究领域投入了大量的人力和物力，并积累了海量的数据和资源。临床转化研究是将基础科学研究转化为临床应用的关键环节。好的临床研究除了要有敏锐的观察力和良好的试验设计，更需要长期不懈的坚持，从临床病例的前期入组、组织评估、临床检查到后期的患者随访，资料越细化完整，病例样本量越充足，研究结果越可靠。一项好的临床研究从设计到最后的成果发表，可能要经历10年或更长的时间。美国著名的弗莱明翰心脏病研究[2]和荷兰的鹿特丹扫描研究[3]就是最好的例子，其中离不开良好而合理的研究设计和严谨的多学科协作研究团队。

随着医疗大数据、基因组学、代谢组学和表观遗传学等领域的快速发展，生物样本库资源成为开展临床研究的重要组成部分，尤其是开展精准医学的重要基础。精准医学是指针对每位患者的个体特征制定个性化的治疗方案，根据对某种疾病的易感性或特定治疗方案的反应将患者个体分成亚群，然后将预防或治疗措施应用于有效的患者[4]。临床研究应当以精准医学为导向，而转化医学是临床研究向精准医学转化的桥梁。作者就如何充分合理应用临床生物样本库开展临床研究展开论述。

1 如何发挥生物样本库在临床研究中的重要作用

生物样本库，又称生物银行，主要指对健康与疾病生物体的细胞、组织和器官等样本，包括人体血液、体液、器官、组织、毛发等或经处理过的生物衍生物(DNA、RNA等)进行标准化收集、处理、储存以及样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料进行标准化的质量控制、管理与应用的系统[5]。现就生物样本库在临床研究中的主要应用类型进行介绍。

1.1 临床生物样本库在精准医学中的应用 随着精准医学与遗传学研究的快速发展，样本库的应用越来越广泛，样本库成为鉴定多种疾病诊断及发病机制的重要基础。样本库的信息量非常巨大，它不仅是样本的收集，也包含样本相关生物体或人体数据的采集、随访。

1.1.1 临床生物样本库在基因组学中的应用 伴随存储样本数据信息的复杂度不断快速增加,生物样本库除了收集样本相关的基本数据和诊断信息外,还延伸到更多信息,包括参加者和患者的多种基因型,到目前已经迅速扩张到基因组学、蛋白组学及其他的组学信息[6]。生物样本库包含各种类型的生物分子以及遗传信息和表型信息，生物分子包括DNA、RNA、蛋白等，临床表型信息包括个人健康记录中的信息等，在基因-有机体-环境的相互作用的病因学研究中，通常是将3种信息合并起来再进行数据分类处理。DNA往往不能完整反映基因与环境对疾病的作用，所以研究人员需要将个人的DNA信息与其表型信息进行对照，表型信息能帮助研究人员探索多态性和表型之间的关联[7]。单一高风险基因突变以及多个低风险的突变均可导致诸如癌症等疾病。但对那些低风险的相关基因只有通过全基因组研究等大样本量的研究才能发现[8]。

1.1.2 临床生物样本库在代谢组学中的应用 临床生物样本库在代谢组学中应用广泛，最常见的人体代谢物是尿液，尿液相对于血液样本收集更加方便易行，尤其是在儿童样本收集中值得考虑。2013年的流行病学调查显示，我国成人糖尿病患病率为10.9%，糖尿病前期患病率为35.7%[9]，依照此结果推算，目前我国糖尿病患者已达14 831万。利用我国丰富的糖尿病样本资源，结合定量蛋白质组技术以及对尿液代谢组学分析检测，有助于糖尿病的临床诊断和预测糖尿病早期发病，有助于促进代谢性疾病的临床诊治水平。

1.2 临床生物样本库在生物标志物筛选中的应用 生物标志物由于与人体病理生理变化等密切相关，从微观层面反应了疾病病情变化和转归，同时具有客观可量化的特点，在许多疾病的临床诊断或疗效评价中发挥着重要作用。例如应用肿瘤生物标志物对恶性肿瘤进行早期诊断时，临床医生希望找到灵敏度与特异度均较高的肿瘤生物标志物。同一疾病不同病程当中，或者同一疾病样本来源不同的肿瘤标志物数值均会有所不同，临床生物样本是发现敏感、稳定的肿瘤标志物的基础。例如，甲胎蛋白(alpha fetoprotein，AFP)是一种与不同糖基结合的糖蛋白，在不同的疾病阶段，AFP的结构发生变化，且其对不同糖基的结合能力也发生改变；有研究发现，AFP-L3对肝细胞癌的特异度及敏感度均较AFP高[10]。将生物样本库中蕴含的大量潜在肿瘤生物标志物经临床检验后再应用于临床,可用于开发新的肿瘤检测技术并有效提高疾病检验效能。

2 如何合理应用临床流行病学开展临床研究

在临床研究当中，临床流行病学无论是探索疾病病因、控制疾病发展还是制定疾病防控策略等诸多方面都具有重要的地位与作用。而临床流行病学研究也往往需要大样本的调查才能得出可靠结论。中国近年建立了多个大型的疾病研究队列，相应会在研究过程中收集大量的生物样本，利用临床流行病学对生物样本的应用不可或缺。流行病学是在人类与疾病作斗争的过程形成和发展起来的一门应用学科，在探索疾病病因、预防控制疾病、制定和评价公共卫生策略措施，以及改善人群健康等诸多方面扮演着重要的角色[11]，临床流行病学是流行病学的一个重要分支学科。

广泛开展临床研究，首先要面临的问题就是如何将临床流行病学应用于临床研究。①为了便于临床数据的分析与共享，首先应为各个医疗机构的临床医生搭建临床研究设计、统计分析共享平台，使得数据资源得以最大限度的开发和利用，同时充分利用平台的资源，实现信息共享。②临床流行病学也是临床课题研究设计的重要手段，科研设计是否合理，所得的结论是否可靠，统计学处理是否得当，都要合理利用临床流行病学。③通过对临床研究项目的规划、设计和指导，对临床项目的设计提供建议，提高临床研究项目申报的质量，增加项目申报的成功率。此外,临床流行病学也关注卫生政策和措施的研究与评价,如控制疾病的卫生经济学评价、药物安全性评价、卫生服务和卫生政策评估等[12]。④加强临床流行病学研究方法以及循证医学研究方法的相关培训，才能让临床研究人员更好地掌握正确的研究方法，收集高质量的数据，开展高质量的研究，提供有力的临床证据，最终造福患者。

3 临床生物样本库的标准化与共享

临床生物样本库为开展临床研究和精准医学提供了物质基础，是开展临床研究的重要平台，建立样本库除了满足医疗机构自身的研究需要，还应通过共享的方式向其他医疗机构、科研机构和高等院校的研究者开放，提供高质量的临床样本。为开展多中心的临床研究提供基础和保障，所以生物样本库的标准化、规范化和信息化异常重要。

作为开展临床研究和精准医疗的基石[13]，临床生物样本库的发展得到空前重视，迎来了快速发展的机遇期，同时在快速发展过程中也面临着巨大的挑战。一是国家管理政策和法规方面的挑战,需要国家从顶层设计入手,建立相应的法律法规，例如国家卫生与计划生育委员会2016年9月30日发布了《涉及人的生物医学研究伦理审查办法》。中国目前已建立国家级的人类资源共享平台(www.egene.org.cn)，包括：中华民族遗传资源中心、国家重大疾病遗传资源中心、国家生殖遗传资源中心、特殊人群遗传资源中心、自然人群遗传资源中心、极端环境遗传资源中心、干细胞遗传资源中心和分子影像资源中心8个中心和北京、上海、广州3个区域性的人类遗传资源中心。但是各家成员单位之间的临床样本如何实现共享，目前还缺乏相关的法规和管理办法。二是伦理的挑战，临床样本是患者无偿捐赠的主要用于科学研究的重要资源，由各家医疗机构的伦理委员会进行审核使用，如何突破医疗机构伦理委员会的制度障碍，让临床样本作为“特殊商品”，实现在医疗机构与研究机构、制药企业之间的有序流通，仍然面临极大的挑战。建立区域性的伦理委员会[14]和促进企业与医疗机构的科研合作是目前有效的解决办法。

开展临床研究时临床样本收集的方式和策略，如何发挥临床生物样本库在临床研究中的重要作用应从以下几方面着手：①协助实施临床研究项目，以临床研究项目引导临床样本的收集，以项目为驱动的临床样本收集目的明确，研究人员对样本收集的要求更加清晰，有助于提高样本收集的质量；②对于暂时没有明确研究项目资助的临床样本收集，需要考虑收集某些特征性的疾病样本，为临床课题申报奠定基础，特别是罕见病、复杂疾病等重要的临床样本，做到提早收集与储存，为今后的临床研究奠定基础；③中国生物样本库建设起步较晚，但发展十分迅速[15]，因此临床样本库的规范化、信息化以及标准化建设既是临床科研的重要资源，也是科研成果实现临床转化的关键环节。

4 临床样本库与临床研究之间的协同与转化

医学科学研究中常常使用临床的各种各样的生物样本，越来越多的临床科研工作者意识到样本资源对于科研工作的重要性，开始重视临床生物样本的收集和规范化的管理工作，一个优秀的生物样本库信息化管理体系的建立，将带来重要的科研价值[16-17]。随着精准医学时代的来临和中国政府将医学研究重点从基础研究转向临床研究，大数据和信息化的快速发展，医学研究的数据由以往生理生化数据向遗传组学信息的快速转变，如何高效运用临床样本成了重要问题，全面而合理的运用临床流行病学进行临床研究设计，充分利用临床样本产生高效的遗传数据和临床大数据有机结合，促进临床研究的深入发展。同时研究者可根据不同研究需要通过流行病学问卷调查获取患者的饮食、睡眠等环境信息，分析基因与环境的交互作用，探索疾病发生的病因[18]。

具有完整临床信息的高质量生物样本是21世纪个体化医疗时代的关键，是系统研究多种生命组学的基础[19]。通过临床生物样本库平台提高临床研究准确性，将我国丰富的临床患者样本资源通过临床研究转化为临床诊断及治疗的医疗手段，造福人类的健康。