“你想知道如何健康快樂地活到一百歲嗎？我的研究就是希望解決這個問題。”在4月1日上午舉行的復旦大學第十期“浦江科學大師講壇”上，英國皇家醫(yī)學科學院院士、澳大利亞國家表型組中心主任、復旦大學生命科學學院名譽教授杰里米·尼科爾森激情開講。
作為國際分子表型組領域專家，尼科爾森在系統(tǒng)醫(yī)學、代謝表型、分子病理學等領域都作出了突出貢獻，被譽為“代謝組學之父”。他致力于讓先進醫(yī)療技術跨越實驗室的高墻，成為每個人觸手可及的生命盾牌，讓醫(yī)學從“對抗疾病”轉向“預見未來”。
被譽為“代謝組學之父”的尼科爾森指出，人類生活在不斷變化的環(huán)境中，基因與環(huán)境之間的動態(tài)交互作用是理解健康與疾病的關鍵，因此，僅僅關注基因是遠遠不夠的，正是這一局限催生了表型組學的誕生。
從基因組到表型組
人類如何研究“延年益壽”
“我們都希望能夠活得更長壽、更健康、更快樂，而對于我們中的很多個體來說，科學進步可以顯著提升生命質量，這就是我們所說的精準醫(yī)學。”尼科爾森指出，基因組檢測工作是目前人類疾病防治的重要工程之一。
2003年，92%的人類基因組就已成功完成測序，目前科學家們仍在為剩下的8%的基因組測序和圖譜編制而努力。人類生活在不斷變化的環(huán)境中，基因與環(huán)境之間的動態(tài)交互作用是理解健康與疾病的關鍵，因此，僅僅關注基因是遠遠不夠的，正是這一局限催生了表型組學的誕生。尼科爾森說，“我們的基因與環(huán)境——包括吃的食物、呼吸的空氣、使用的電子產品、與人體共生的微生物體——都會產生互動，進而影響到人類的預期壽命。研究這些內容的范疇，就是人類表型組”。
所謂表型組，就是由基因、表觀遺傳、共生微生物、飲食和環(huán)境暴露之間復雜的相互作用而產生的一系列可測量特征，包括個體和群體的物理特征、化學特征和生物特征。表型組學聚焦于這些可測量特征的研究，是繼基因組之后生命科學的又一個重點方向。
“在過去幾十年間，人類死亡的方式與比例在不斷發(fā)生改變，這是表型組學重視的問題之一。” 1632年，倫敦人的主要死因是感染性疾病和兒童疾病，那時分娩死亡率和新生兒死亡率都很高，但現(xiàn)在這種死因已大為減少，而一些新的死亡因素比例則開始上升。尼科爾森指出，這些數(shù)據(jù)表明，環(huán)境影響與社會背景也與健康問題密切相關。
比如現(xiàn)在英國有50%的兒童不經常運動，同時大量青少年在16歲之前就開始飲酒，這些錯誤的習慣會提升他們的炎癥風險，甚至提高胰島素抵抗。中國不少城市飲食正在西化，包括麥當勞等快餐的流行會導致糖尿病的發(fā)生。在過去幾年中，包括中國在內的很多國家糖尿病發(fā)病率都在增加。“但這不是科學家能夠輕易解決的問題，還需要社會各方的合作與努力。”
破解健康危機的“代謝密碼”
“人類是超有機體，我們的健康密碼，不僅藏在2萬個人類基因中，更存在于100萬億個微生物基因的復雜對話里。”尼科爾森說，每個人的腸道內有1公斤微生物，其代謝產物可解釋8%的BMI變異，并與糖尿病、自閉癥等疾病直接關聯(lián)。此外，在COVID-19長期后遺癥患者的血液中，炎癥因子與脂蛋白紊亂共同構成“代謝風險空間”，提示心血管與神經退行性疾病風險激增。
上述種種“蝴蝶效應”表明，傳統(tǒng)醫(yī)學模式已經難以應對現(xiàn)代健康挑戰(zhàn)，現(xiàn)在科學界的共識是——生病是整個身體出了問題，而不是某一個器官出了問題。尼克爾森團隊對澳大利亞所有健康人群進行了表型測量，并且與病患的生物標志物、代謝標記物進行全面對比，更是證實了這一觀點，這也意味著從表型組到轉化醫(yī)學，可以更好地預測、診治疾病，并進行有針對性的藥物研發(fā)。表型組醫(yī)學通過“全息解碼”人體與環(huán)境的動態(tài)交互，讓醫(yī)療決策不再依賴經驗猜測。
尼科爾森團隊已經為此研發(fā)了好幾項先進技術。其中，澳大利亞國家表型組中心已開發(fā)出低成本、便攜式的核磁共振NMR設備，可快速評估心血管風險甚至早期感染跡象。“就像血糖儀普及了糖尿病管理，未來這些工具將讓普通人也能掌握自己的健康密碼。”
面對生命健康領域的一系列全球性挑戰(zhàn)，尼科爾森認為，國際合作是唯一出路。從上海到珀斯，從多哈到劍橋，科學家們正在共享數(shù)據(jù)、統(tǒng)一標準，構建全球健康預警系統(tǒng)。
2018年，復旦大學牽頭實施人類表型組國際大科學計劃（一期），這項中國首個聚焦人類表型組的國際大科學工程，由金力院士擔任首席科學家，聯(lián)合其團隊在內的全球頂尖科研力量，構建了從宏觀體征到微觀分子水平的全維度表型解析體系。
該計劃近年來產出一系列突破性成果，顯著推進了精準醫(yī)學發(fā)展，既為生命科學領域樹立新標桿，又通過跨尺度表型數(shù)據(jù)庫與標準化技術體系的建立，向世界貢獻了系統(tǒng)性的健康研究范式。作為國際協(xié)作組的共同發(fā)起人和理事會成員，尼科爾森說團隊未來還要克服樣本收集處理的問題，從而實現(xiàn)更深入的國際合作。“不同國家的科研工作者建立起連接與共識，在研究方法、實驗流程等方面達成一致。好比是大家都在做菜，現(xiàn)在用的是同一份菜譜，保證做出來的菜味道是一樣的。”（葛近文、楊玉晴對本文亦有幫助）
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