通讯作家：杭渤，首席科学家，博士，磋商偏向为肿瘤生物学及其正在境遇毒理和临床诊断界限的行使，电子信箱：；
毛修华，首席科学家，博士，磋商偏向为肿瘤生物学及其正在临床诊断和药物斥地界限的行使，电子信箱：摘要精准医疗是指与患者分子生物病理学特性相般配的个别化诊断和调养战略。肿瘤为一丰富和众样性疾病，正在分子遗传上 具有很大异质性，纵然雷同病理类型的癌症患者，反抗癌药物反映迥异，于是肿瘤学科成为精准医疗的最厉重界限之一。组学大 数据时期的惠临和生物技艺的火速繁荣奠定了精准医疗的可行性。本文先容精准和个别化医疗的观点、根蒂和意旨，简述近年 来正在此界限的最新发达，以及对履行精准医疗的设施和技艺举办了解和总结，初次将其分为间接设施（生物标记物检测及诊断） 和直接设施（病人源性细胞和机闭正在抗癌药物直接筛选的行使），结尾概略发挥精准医疗的前景和面对的寻事。枢纽词：精准医疗个别化医疗分子组学生物标记物检测病人源性细胞和机闭Precision cancer medicine: Concept, technology and perspectivesHANG Bo1,2, SHU Yongqian3, LIU Ping3, WEI Guangwei4, JIN Jian1, HAO Wenshan5, WANG Peijun2, LI Bin1,2, MAO Jianhua11. Lawrence Berkeley National Laboratory, United States Department of Energy, Berkeley, CA 94720, USA
2011年，美邦邦度科学院正在“迈向精准医疗：构修生物医学磋商学问收集和新的疾病分类编制”呈文中，对“精准医疗（precision medicine）”的观点和手腕做了编制的阐发[1]。呈文商量了一种新的疾病定名的大概性和设施，该设施基于导致疾病的潜正在的分子诱因和其他要素，而不是依附守旧的病人症状和体征。呈文提议通过评估患者标本中的组学（omics）讯息，开发新的数据收集，以鼓励生物医学磋商及其与临床磋商相整合。美邦总统奥巴马正在2015年1月20日的邦情咨文中正式将“精准医疗预备”动作美邦新的邦度磋商项目发外，勉力于治愈癌症和糖尿病等疾病，让每小我取得天性化的讯息和医疗，从而“引颈一个医学新时期”。此设施很速获得了美邦政府磋商机构和医学界的强烈反应[2,3]，当然也席卷来自医学界和社会的争议。
什么是精准医疗（又称准确医学），其与通俗所讲的个别化医疗（personalized medicine）又是什么闭连？精准医疗即是与患者分子生物病理学特性，如基因组讯息，相般配的个别化诊断和调养战略。个别化医疗行使诊断性器械去检测特定的生物标记物，越发是遗传性标记物，然后集合患者的病史和其他处境，协助决断哪一种防范或调养干扰手腕最合用于特定的患者。广泛地讲，个别化医疗即是斟酌患者自己的个别分歧，药物调养一视同仁，为理念化的调养。而精准医疗着眼于一组病患或人群（图 1），相看待天性化医疗针对个别病患的处境更为广泛，更可行。两者有合伙的内在。也有医疗和磋商机构将这两个观点放正在沿途，如杜克大学的“精准和个别化医疗核心”。
无论是个别化或精准医疗，都涉及到天性化和程序化两个理念的平均，这是当代医学繁荣的必由之道。精准医疗的理念是把个别化预念性调养开发正在以分子生物学特性或目标为根蒂的程序化设施上的。固然目前天性化或精准医疗的实行远落伍于外面，但正在医学界已创建了一种文明气氛或理念改制，即一品种型的药物适合于全体的病患（one sizefits all）的时期曾经过去，没有什么调养是旧例的（there is nothing routine)。
“精准医疗”这个观点结果上曾经存正在众年，并且很早就正在中邦的中医实行中再现。中医对统一个病症可能有众个差别的方子，由于要斟酌到每一个病人的差别体质类型、心思特性和境遇处境等。别的，中医将人区别为柴胡人、半夏人等，也是基于病人的基础体质。而何如行使当代科学技艺来注脚中医这些个别化对症调养的机制和根蒂，越发正在肿瘤精准医疗中的行使，则是一个异常有心义，也是极具寻事性确当代课题。
当代个别化医疗的时期始于21世纪初，紧随当时人类基因组预备（human genome project，HGP）的结束以及正在Nature和Science 杂志上人类基因组讯息的楬橥[4,5]。此预备于1990年由美邦能源部（DOE）和邦度卫生磋商院（NIH）启动。本文个人笔者所正在的美邦劳伦斯伯克利邦度实践室（LBNL）是当时能源部举办人类基因组磋商的要紧基地之一。个中金健博士更是直接介入者，斥地了第一代DNA测序技艺。英邦、日本、法邦、德邦和中邦等接踵参与此预备，于2003年凯旋结束了测定人类23对染色体的遗传图谱、物理图谱和约30亿个碱基对的DNA序列的宗旨，被称之为人命科学的“登月预备”。当时召唤来自各行各业的科学家和科技专长者介入此预备，席卷遗传学家和分子生物学家，和来自化学、物理、工程、生物讯息和伦理学的科学家集思广益。人类基因组预备无疑是走向精准医疗的枢纽第一步。而这日的精准医疗的告终，也同样必要各式科学家和临床医师集思广益，行使和斥地新的理念设施和技艺。
精准医疗适合医学各个学科，但基于各式来由，目前肿瘤学科是履行和巩固精准医疗的最佳遴选界限之一。本文要紧环绕肿瘤的精准医疗，对其观点、技艺和来日举办综述。
癌症是当今迫害人类矫健的要紧疾病。正在中邦，癌症产生率正处于急迅上升期，癌症已成为第一死因。人类癌症与境遇要素息息联系，其通过基因组（genome）的极度改动而产生和演变，使细胞产生病理改动，导致肿瘤的无尽滋长和迁移。
越来越众的证据显示，癌症是一种丰富和众样性疾病，患者大概发扬出形似的症状，并具有雷同的病理改动，却大概由全体差别的基因转化而变成。正由于云云的异质性（heterogeneity）（图 2），病理同类型癌症患者对目前可用药物的反映率分歧很大。好比对守旧的放疗和化疗，患者大概稀有种大相径庭的反映（图 3）。总而言之，某一特定调养往往唯有一个人肿瘤患者有反映，而题目的枢纽是咱们无法预知哪些患者会受益。由于无法正在调养前判别差别肿瘤个别对药物的敏锐性和耐药性，很众患者往往蒙受不须要的和（或）损害性大（副感化）的调养。由此肿瘤精准调养的观点应运而生。
可能说，目前肿瘤精准调养的要紧根蒂无疑是与肿瘤遗传联系的易感癌基因的呈现和正在分子程度对这些基因转化的检测，由此供给生物目标和讯息，从而抵达个别化和预念性的调养。这些基因席卷癌基因（oncogenes）和抑癌基因（tumor suppressor genes），而癌基因的激活和抑癌基因的失活是肿瘤产生的枢纽要素。目前呈现的癌联系基因已高出400个。毛修华等也呈现了数个癌联系基因和其功用，如AURORA-A[6]、FBXW7[7]、HIPK2[8]和PTEN[9]等，个中有的曾经被行使于临床实行，如FBXW7。正在肿瘤产生和繁荣的差别阶段，这些癌联系基因的突变（mutation）、扩增（amplification）和太甚外达（overexpression）以及抑癌基因的缺失（loss）和低外达（low expression）等局势特性转化与肿瘤的产生、演进和迁移亲密联系。每个肿瘤都与特定癌基因的突变和联系信号通道的极度联系联（图 4），而这些讯息是用来确定药物调养靶点和扰乱通道的根蒂，犹如时行使IGF-1R和ALK胁制剂的联络靶向调养，有用升高了对含有ALK协调基因的肺癌调养后果[10]。近年来靶向调养（targeted therapy）曾经正在许众病院展开，众个靶向调养癌症药物曾经正在美邦和欧洲上市，又有许众正处于临床试验阶段。而许众这种靶向调养或药物都随同有相应的分子生物学标记，即随同生物标记物（companion biomarker），或联系配套诊断试验，以确定病人对药物反映或产生副感化的大概性[11]。
目前支撑个别化或精准医疗的外面和实行根蒂即是个别间正在分子遗传上的分歧，后者被以为是人类疾病易感性和药物反映的决断性要素。早期的例子填塞注明了遗传与肿瘤精准医疗的闭连：靶向抗癌药物吉非替尼（Iressa）和厄洛替尼（Tarceva）最初上市时,正在肺癌患者中行使的药品副感化虽较化疗有很大升高，但药效并不短长常明显，仅仅动作肺癌调养的二线药物。但其后呈现正在带领EGFR 特定基因突变的肺癌患者中，吉非替尼和厄洛替尼调养后果优异，现正在已成为临床调养这类患者的一线程序调养药物。这注明了肿瘤基因突变与药物和调养反映的联系性，而依照基因突变的讯息和组合来决断患者的靶向调养计划是精准医疗的大偏向。
近年来，毛修华等[7]磋商结果也显示了肿瘤基因突变状况以及正在靶向调养上的凯旋行使。他们起首呈现了FBXU7为P53依赖性肿瘤胁制基因，而其功用意旨正在于与哺乳动物雷帕霉素靶卵白（mammalian target of rapamycin，mTOR）集合并使之降解。现有磋商标明，mTOR正在细胞的增殖、滋长、分歧和凋亡流程中起着核心调控点的感化。毛修华等[12]呈现FBXW7正在众种人类肿瘤中产生突变和/或缺失，并使肿瘤细胞系对雷帕霉素调养尤其敏锐。恰是行使此特征，匹兹堡大学肿瘤所的医师们行使雷帕霉素凯旋调养了一位具FBXW7突变的肺癌患者[13]。此患者为EGFR和ALK野生型，行使雷帕霉素前众种特异性疗法均无法阻挠其肿瘤的发达。
正如它的名称所示，精准医疗必要精准的诊断器械和相应的程序，比如遗传测试、判决与疾病联系的药物靶点（图 4），影像了解和遴选合意的患者做临床试验。笔者以为全体可以满意临床进取行个别化调养且升高疗效，削减副感化的设施和技艺都可能划为精准医疗的范围，于是合用于精准医疗的设施和技艺并没有什么限度。从设施学上来讲可分为间接的和直接的两大类（图 5）。间接设施是指由基因（生物标志）检测及诊断并通过统计/数学讯息模子遴选调养计划，生物大数据和学问配景是此设施的涤讪。目前处于大数据年代，此设施也商酌的最众；直接设施是指将患者肿瘤细胞或机闭通过2D 细胞培育或3D 机闭或类器官培育（3D organoid culture）或病人源性异种移植（patient- derivedxenograft，PDX）模子来举办抗癌药物的直接筛选从而遴选最佳调养计划。
近几年来轮回肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTCs）和犹豫DNA（cell-free DNA）的呈现和行使为肿瘤无创诊断、精准调养和及时疗效监控等方面供给了更便捷的途迳。目前仍旧急切必要研发可能被用来更好地预测癌症患者对药物反映（敏锐性或抗药性）的新设施和新技艺。
近年来肿瘤分子病理、基因检测等当代分子生物学界限的发达颇丰，临床数据的收罗和积蓄也突飞大进，但对这些数据的开掘、评估、整合和行使还亟待巩固。可喜的是生物讯息技艺方面突飞大进的繁荣，尤其是正在各样组学方面，为咱们供给了亘古未有的时机去举办大数据治理来明白肿瘤的遗传特性和发病分子机理，并对癌症的个别性防范或调养带来切实且壮大的指挥。下面先容两个具有厉重意旨的癌症基因组磋商预备：
1）癌症基因组图谱（the cancer genome atlas，TCGA）项目。该项目于2006年启动，职分是创建33种差别癌症基因和分子转化的归纳全景图，以对癌症生物学、发病分子机理和调养取得更好地相识。此“10000个癌症基因组预备”已发外结束。正在数据天生方面，该项目曾经得到无可争议的凯旋。
2） 邦际癌症基因组同盟（international cancer genomeconsortium，ICGC）预备。该预备正联络各邦科学家对癌症基因组展开磋商，绘制较为完备的人类癌症基因图谱，席卷50种差别类型的癌症，每种癌症500个标本，总共25000个癌症患者的基因图谱。从基因组学、外观遗传学、转录等方面了解癌症的产生繁荣，并期望获得全体与癌症联系的基因突变的图谱。正在此预备中，中邦担负胃癌的基因组测序，而美邦担负脑癌、卵巢癌和胰腺癌等。
价格和意旨：1）创立一个免费行使的基因组大数据。这将有助于加快癌症磋商，好比笔者行使TCGA数据总结了12个癌基因正在中邦8大常睹肿瘤中的突变率（图 6），可能通晓看出这些基因正在差别癌症的突变处境以及差别基因正在统一癌症的突变组合图谱。每种癌症都是差别的。就RAS 基因来说，正在约30%的非小细胞肺癌、50%的结肠癌、10%的胃癌呈现其突变激活；2）用于精准医疗。数据被用来将癌症基因组学和临床更好的整合，直接判决基因型—临床外型的联系性，斥地更好的估计打算模子，从而遴选最佳调养计划；3）基因大数据用来寻找新的基因突变并斥地相应的新药，即新的靶向调养药。好比，调养慢性髓样白血病的一线药物格列维克（Gleevec）为人类史册上第一个凯旋研制的小分子靶向药物并首个被核准行使于临床。此病的产生是因为两个差别的染色体断裂且从头配对酿成所谓的“ 费城染色体”（Philadelphia chromosome），其结果是酿成了BCR/ABL 协调基因及相应的具有高激酶活性的协调卵白，组成疾病的厉重发希望制。格列维克可以靶向胁制BCR-ABL，从而有用调养此型白血病。另1例是几年前呈现IDH1和IDH2基因正在很众癌症产生突变，生物医药公司（席卷诺华Novartis）斥地了针对IDH1和IDH2突变的靶向调养药物，现正在曾经处于临床试验阶段。
无须置疑，基因组学或基因突变及其检测设施磋商已成为生物学磋商和临床精准医疗的热门和根蒂。癌联系基因转化的局势要紧有点突变、小缺失、插入、染色体易位或逆转、杂合性牺牲、扩增、甲基化及染色体非组卵白改动等。精准医疗并不纯洁是DNA测序，如针对人类外皮滋长因子受体2（HER-2）状况的检测设施席卷守旧免疫组化和荧光原位杂交（FISH）。癌基因和抑癌基因的激活和失活有众种发扬局势，个中基因产品太甚外达为厉重局势之一，可发扬为mRNA和卵白质地的弥补，别的，基因扩增可发扬为基因拷贝数的弥补，这些基因外达的极度，均可加以检测并动作靶向药物的生物标记物（外 1）。
1）生物芯片技艺（microarray）。把生物讯息片断或因素打印正在支撑介质轮廓的微阵列杂交技艺，可能说是发生大数据的首个高通量生物技艺。现有的芯片席卷DNA、RNA、卵白质、糖分子、甲基化、细胞和机闭等类型。跟着第二代测序技艺的问世，某些类型芯片如DNA芯片已慢慢被冷淡，但因其技艺和了解器械的成熟性，仍有临床精准医疗行使的价格。并且，此技艺正在生物感测器（biosensor）等方面的斥地和行使出息无量。别的改制的液相芯片（睹Panomics 和NanoString技艺）为此技艺弥补了新的生气并可普遍行使于精准医疗。
2）第二代测序技艺（next-generation sequencing，NGS）。一个能天生高达500千兆碱基数据（gigabases）的大界限平行测序技艺。该技艺是TCGA和ICGC绘制完备的人类癌症基因图谱的要紧器械，可能检测单核苷酸变异、插入或缺失、拷贝数极度AG九游会官方网站、构造变异、基因协调、甲基化及外达。第二代测序正在科学和技艺界限火速取得承认，已成为一个厉重磋商平台。
图 7显示的是目前商场上的几个要紧测序平台或仪器的代外。由于第二代测序的样品制备流程异常丰富而且天生的序列数据难治理，对将其行使于临床基因诊断带来很众妨碍。
3）Panomics 技艺。该技艺是Luminex 公司研制出的后基因组时期技艺平台，是正在流式细胞技艺、ELISA技艺和芯片技艺根蒂上斥地出的液相芯片技艺平台。它使用branchDNA信号放大技艺逮捕宗旨RNA信号，可举办3~80个基因的同时定量了解的大样本验证检测，后果特异、灵动，可行使于肿瘤诊断、精准调养和预后评估，越发为丰富的众因性疾病诊断、同意天性化调养计划供给了极大容易。如正在乳腺癌个别化调养靶标检测上的行使，通过检测乳癌机闭中14种基因mRNA外达程度和CYP2D6基因的众态性，筛选最适合的化疗药物，确定合用的靶向药物。
4）NanoString技艺。该技艺是继生物芯片和二代测序技艺后正在基因外达谱了解上揭示出壮大行使前景的新液相芯片技艺[14]。其焦点技艺是nCounter了解编制，是直接对基因外达举办众重计数的全新数字式技艺，行使分子条形码和单分子成像来检测及统计每一个反映编制中特定转录本的数目，发扬出极高的灵动度、准确度和反复性。该技艺无需行使酶，无需反转录，也不必要做PCR扩增，即可进一步削减差错的发生，于是nCounter正在外达谱定量了解界限具有无可比较的上风。行使界限席卷基因外达谱磋商（800个基因了解通量）、小RNA了解、拷贝数众样性了解和助助二代测序举办后期验证。
跟着生物技艺的繁荣和成熟，以及牢靠的组学数据和临床数据的豪爽积蓄，上述的精准医疗间接设施得以正在临床履行。可是因为此设施是基于生物标记物的呈现及其正在肿瘤产生中的功用及机理的认知，加上大数据根蒂上的闭系模子的开发，于是正在牢靠性和反复性方面具有很大的寻事性，从而目前行使上有其范围性。鉴于上述来由，笔者提出了行使病人源性细胞和机闭来直接筛选抗肿瘤药物的精准医疗设施理念，动作对组学设施的验证和扩展。越发是通过病人源性3D机闭或类器官培育和异种移植PDX模子举办抗癌药物的直接筛选已劈头受到偏重。
1）二维（2D）细胞培育。动作最早的药物筛选模子仍旧被普遍行使于医药行业[15]。2D细胞培育技艺可合用于各品种型的细胞，人类肿瘤细胞很适合于正在人工驾御的实践室要求滋长和维持。然而，正在含高程度血清的二维培育平皿中即使是原代细胞的培育，代外着一种太甚纯粹化和离开机体的生物学编制。这些细胞正在生存其出处机闭的基因型和外型等方面，具有其范围性。
2）体外机闭培育（histoculture）。基础道理席卷癌机闭的活检、将活机闭块正在特定培育介质中三维滋长、抗癌药物的参与和疗效评估[16]。后者可通过差别的肿瘤化疗药敏试验举办，如常睹的四甲基偶氮唑盐比色法（MTT法）。此培育法可以依旧肿瘤的机闭病理和细胞微境遇（microenvironment）等特征，更亲昵体内的境遇滋长要求，不失为一种急迅、简略筛选抗癌药物的体外设施。
3）病人源性异种移植。它是直接将患者的临床癌症机闭迁移到裸鼠中开发的动物模子。肿瘤机闭能保存患者全体雷同的遗传和样子学的特性，为药物筛选和新药斥地供给了很具预测力的天性化抗癌药物疗效检测平台。但此法周期长，本钱腾贵，贫乏枢纽的免疫要素影响，并且很难高通量[17]。
4）三维类器官培育（3D organoid culture）。肿瘤患者反抗癌疗法，如化疗的临床反映有很大的个别分歧，其来由被以为除遗传分歧和肿瘤异质性外，机体和肿瘤之间酿成的微境遇也很枢纽。越来越众的证据标明，肿瘤的繁荣和对换养的反映是由肿瘤微境遇举办调控的。正在此界限中有不少磋商显示细胞外基质（ECM）可动作人类癌症临床结果的预测。三维类器官培育模子近年来获得了生物医药界的闭切[18]。个人笔者所正在的劳伦斯伯克利邦度实践室为乳腺癌类器官培育的起源地之一（图 8）[19]。与二维细胞培育的设施比拟，三维类器官的机闭构造与它们开头的机闭样本高度相同。该模子具有基质构造和功用，后者能影响肿瘤机闭和构造、调养反映、众细胞耐药（MCR）和药物浸透等。越发是该模子能供给肿瘤微境遇，于是可能用来加倍切实地筛选抗肿瘤等药物。
别的，迩来有报道，行使轮回肿瘤细胞举办类器官培育以及药物反映考验[20]。固然目前有极少类器官培育的报道问世，但其正在临床上的行使受限于对培育类器官的准确定量和高通量的样本和数据治理[21]。有的磋商已正在举办这方面的试验。总之，3D类器官肿瘤模子为临床供给了一条令人兴奋的新途径来同意精准医疗的计划。4 肿瘤精准医疗的预计
人类基因组图谱，席卷癌症基因组图谱，看待癌症的精准医疗具有决断性意旨。基因组学动作临床学科的时期曾经惠临。但也看到，固然近几年来正在肿瘤分子病理、基因检测等当代分子生物学界限的发达颇丰，临床数据的收罗和积蓄也突飞大进，可是将这些数据和成就以及它们的编制整合行使于医疗实行才方才劈头，比如肿瘤靶向调养随同基因诊断的临床展开正在中邦依旧远远不敷的。基于目前的学问和已有的靶向调养药物，笔者用邦内发病率很高的非小细胞肺癌（NSCLC）为例，推选一种正在临床上可行的精准医疗履行计划（图 9）。
基因组测序新技艺的繁荣会使测序更速、更高通量、本钱更低，如第三代测序技艺。别的，新技艺的斥地和最新发达将影响此界限的磋商和行使，比如，基因组编辑器械（如CRISPR-Cas9）供给了亘古未有的才干，以急迅的、可扩展的和更具本钱效益的体例，来磋商遗传变异，并且有行使于临床调养的潜能。
精准医疗的组学设施（即间接设施）密切依赖于临床联系测试的程序化、数据处置和了解、联系模子的开发。于是从标本收罗、实践操作圭臬、了解中质控、了解结果呈文样板化，到诊断目标程序化，都必要开发完备的一系列的质地担保，云云技能对肿瘤的诊断和临床调养计划的遴选供给有心义的指挥。不然，任何闭键的谬误都大概影响精准医疗的准确性。迩来中邦邦度卫生和预备生育委员会发外的《肿瘤个别化调养检测技艺指南（试行）》即是为了告终以上所述样板化的方针。正在某种水准上，直接设施圭臬纯粹直观，可能避免操作上差错，但也必要样板化。
精准医疗应当与精准防范、精准诊断、精准预后，乃至精准毒理等合伙履行，由于它们是通过遗传特征有机集合正在沿途的。别的，肿瘤的调养涵盖众学科众技艺，如肿瘤免疫调养，席卷肿瘤疫苗、抗体导向调养、CAR-T细胞疗法、免疫考验点疗法和小分子胁制剂等近年来备受闭切，是继靶向调养后肿瘤调养界限的又一鼎新，看待来日的精准医学必然会有厉重影响。因为受篇幅束缚，本文不再详述。
1）相识癌症产生的分子机制，决断哪种疗法或归纳疗法可能行使，席卷药物的联络，如前述的IGF-1R和ALK胁制剂的联络靶向调养。
3）寻找与药物安详和耐受联系的生物标记物，以便遴选最安详的调养设施和无误剂量。
4）鉴于癌症的丰富性（遗传突变的众样性和组合的众重性），寻找临床验证的合意人数是枢纽。药物效力大概仅仅正在一类患者亚群中显著，而不是正在全体人群中。
5）通过更好地相识有反映和无反映患者的分子生物学特征来挽回“铩羽”的药物。
跟着生物高科技的突飞大进，从精准医疗的技艺层面来看，其正在临床上的行使正日趋成熟。情有可原，精准医疗能升高临床调养质地，低重医疗用度，如美邦基因矫健公司（Genomic Health Inc）的Oncotype DX众基因检测可确定乳腺癌患者是否必要继承化疗。因该技艺可以大大低重医疗用度，而被美邦保障公司继承为旧例的临床检测。假使精准医疗旨正在为每位患者量身定制调养计划，从而开发一个矫健宇宙，医学界以及社会上对精准医疗仍存有争议，好比其对伦理，司法，财务以及社会题目的潜正在影响。施行精准医疗的最大的寻事大概来自临床和保障业的继承性、小我讯息扞卫和经济层面。美邦病院和保障业对OncotypeDX检测的继承就花费了5年安排的时辰。而极少低本钱，对群众普遍有用的调养手腕仍旧会是要紧途经。
