美国“四院”院士莱诺·胡德：基因组和表型分析数据催生精准医疗

“我所做的一切工作，就是从各个角度、层面研究如何更好地改善人类的生活和生命，让我们更健康地活下去，从而更好地为社会做贡献。”85岁高龄的美国四院（美国国家科学院、美国国家工程学院、美国国家医学院、美国人文与艺术科学院）院士、中国科学院外籍院士莱诺·胡德（Leroy E. Hood）神采奕奕地说道。

7月3日，在复旦大学相辉堂举办的第三期“浦江科学大师讲坛”上，胡德发表了以“人类表型组计划：驱动医疗系统由疾病导向转为健康与预防为主导的变革”为题的讲座报告。

讲座伊始，胡德以“盲人摸象”的比喻表示，在生物医学和疾病研究中，如果只以单方面因素进行判断，那便是“盲人摸象”。“只有采取系统的技术方法和多模并进的研究策略，我们才能更好地认识和理解人类生命系统。”胡德认为，要判断人的健康状况并作出疾病诊断，应具有更加整体的视角。

论坛现场图。图片来源：复旦大学

开展“人类表型组计划”，延长人类寿命

因此，胡德和复旦大学校长金力等学者一同发起了“人类表型组计划”，“这可能是一个为期十年以上、百万人级的计划。”胡德在演讲时说道。

所谓表型组，是指生物体从微观（即分子）组成到宏观、从胚胎发育到衰老死亡全过程中所有表型的集合。胡德介绍，一个人的表型包含身体的各种变化情况，囊括一个人的纵向生命轨迹。而对于全体人类而言，表型集合包括基因组、行为和环境，是对人类不断变化的表型的持续评估，包括血液分析、肠道微生物组、大脑和数字健康分析、电子健康监测信息等，开展人类表型组研究，系统解析表型组与基因组以及不同表型之间的关联，发现人类健康和疾病等表型特征形成的内在规律和生物标志物，已成为当前国际学术界的共识。

胡德举例：比如，表型组与人的年龄确定和寿命延长存在关联。相关研究的算法应用可以确定人体的生物年龄，这是因为生物年龄来源于深层表型，反映健康程度。例如，生病的人在生理上更老，器官明显老化。因此，减缓衰老过程能够延长个人的健康寿命，也能延迟和防止慢性疾病的发作，从而使个人的健康寿命（指人体能维持良好日常生活功能的年限）与其理论寿命（约120岁）相等。

人类表型组计划的研究也能更好促进脑健康。“大脑和身体的健康是密切协调、相互促进的。”胡德介绍，人的认知发展轨迹在35岁左右达到顶峰，之后就开始下降。相关研究成果能使80岁的老人恢复相当于他们在30岁时应有的认知能力，也能对大脑疾病进行早期检测。

15年后，人们将可通过手机快速生成健康数据。

从1970年至今，胡德完整见证了生物学、医学领域的七次范式变迁。“这七个阶段都涉及到人类的复杂性，这也形成了我对于21世纪科学的看法。”胡德说。

在既往研究中，胡德发现，人类生命系统和疾病之间是相互联结的。步入21世纪，他将医学和信息技术相结合，提出了“P4医学”的概念。所谓“P4医学”，即以预测、预防、个性化和参与性（predictive, preventive, personalized & participatory）为特点的医学。其中，参与性是最具挑战性的特点，这要求从跨学科的视角开展研究，鼓励各个学科的学者参与其中。

每一次生物学等领域的变迁都意味着更多可能性的出现。现在，面对大数据时代，胡德认为，采用基因组和纵向表型分析的数据驱动方法，能有效优化个人健康评估，这种方法催生了以人口为基础的精准医疗系统。他举例：在一项为期4年、以5000人的数据为样本的研究中，这一系统得到了验证。在胡德看来，数据驱动的健康和预防科学，是至今为止医学史上最大的范式转变。“我几乎确认，如果人类表型组计划能够持续进行，那么15年后，每个人的各种健康数据将可以通过手机快速生成，并从百万人级的研究成果中确定适配的药物。”

未来将针对慢性疾病进行深入探索

面向未来，人类表型组计划的下一步是什么？胡德从短期和长期两个维度进行了阐释。

“从短期来看，应当使用丰富的数据和系统驱动的方法，以2型糖尿病为起点，针对4种主要慢性疾病开展研究和临床试验。”胡德说道。同时，有必要探索纵向表型组学，使用数字孪生技术（Digital Twin，也被称为数字映射、数字镜像，是一种旨在精确反映物理对象的虚拟模型）获得更多数据，为个体的生命健康提供更深入的参考信息。

从长期来看，要推动人类表型组大科学计划，必须由各国研究者们提出更长远的研究方案，充分应用超大规模人工智能引擎，构建知识图谱。胡德认为，未来十年，人类表型组计划可能会见证并推动医疗质量的显著提高，实现医疗成本的显著降低。

演讲结束后，还有不少听众向胡德提问。“面对人生的转折点，应该如何做好正确的选择？”对复旦大学人类表型组研究院执行院长田梅的这个问题，胡德答道：无论面临什么转变，自身特点、爱好和能力的结合很重要，个人选择要与解决问题的能力相一致。他回忆起自己博士研究生时老师的教诲，“要始终走在时代前沿，并努力发明一种新的技术或方法。”

此外，自上世纪九十年代起，胡德单独或合作创立多家生物技术公司，这些公司大多关注基因诊断以及医疗器械制造方向。对于生物医学领域的初创企业，胡德也给出了他的建议。他认为，科学的产业化应当与社会发展的实际需求结合起来。创业一定是充满艰辛的过程，要有远大的志向，规划好方向并落到实处。同时，创新意味着和别人不一样，“不能穿新鞋走老路，而要在实践中证明自己与众不同，并以乐观自信的心态面对各种挑战。”胡德说道。

现场听众提问。图片来源：复旦大学

“中国是一块创新热土，相信未来会有更多创新企业在这块土地上发展起来。上海已成为全世界生物医学研发的中心之一。在人类表型组、基因组等研究方面，中国科学家已拔得头筹。”胡德期待未来能开展更多合作，对生命医学等领域重要问题开展联合攻关。

还有听众向胡德请教健康生活的秘诀，这位年过八旬仍精神矍铄的老人在现场分享道：“我觉得锻炼非常重要，我如今依然每天坚持做100个俯卧撑，也经常进行球类运动和跑步。建议大家多做有氧运动，进行适当的冥想和放松。”