分享至
“拼”出全人类生命奥秘的完整拼图
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/11/511568.shtm
如果有一对双胞胎，一个从小在赤道的低海拔地区长大，一个在高纬度高海拔地区长大，他们不仅外表会产生差异，蛋白、代谢和器官功能也会发生不同变化。这就是环境因素对人的表型的影响，而这些影响与他们的健康、疾病、寿命都息息相关。
“人类基因组和人类表型组可以说是人类生命奥秘的两大关键。”复旦大学人类表型组研究院执行院长田梅告诉《中国科学报》，唯有全球各个地区表型组研究的科学团队协同作战，才能“拼出”全人类的生命奥秘的完整“拼图”，而这也是人类表型组计划的最重要目标。
人体头部结构表型3D成像。受访者供图
11月1日，第四届国际人类表型组研讨会暨第五届中国人类表型组大会在复旦大学召开。“国际人类表型组计划（二期）”上海市市级科技重大专项正式启动，上海市副市长刘多在开幕式上致辞并与中外科学家共同触发专项启动按钮。
表型组：生命科学研究的巨大“金矿”
何谓表型组？简单来说，基因和环境相互作用决定人体特征，人体特征即表型。表型组是生物体从宏观到微观、从胚胎发育到出生、成长、衰老乃至死亡过程中所有生物、物理和化学特征的集合。
在复旦大学人类表型组研究院，已有1000余名志愿者完成了“两天一夜”的全景表型“体检”，他们每个人都测量了24000余个表型。
由于遗传机制的复杂性，人类基因组学在经历快速发展后遭遇了瓶颈。比如，黑猩猩与人类只有约2%的基因不同，但黑猩猩和人类的差别却是肉眼可见的迥异。科学家相信，解释这种差异需要全面研究人类表型组来补充“信息的另一半”。
传统生物学是从假设到验证，人类表型组计划是“数据驱动”，不假设，先测量。“人类表型组研究相当于‘走前门’，通过建立不同表型之间的关联图，就像卫星定位，可以为未来的生命科学研究绘制一张‘导航图’。”中国科学院院士、复旦大学校长金力说，目前，150余万个表型之间的强关联，可以解释的不到万分之一，更多的强关联等待被验证和揭示。
“这无疑是生命科学研究未来的巨大‘金矿’。”金力说。
比如，由于幽门螺杆菌与胃溃疡的关联被发现，现在治疗胃溃疡只需要用抗生素，不需要像几十年前那样切除胃。“表型组学使得人们对于疾病的发生发展过程有了更清晰的认识。未来，对照表型组数据，也许人们就可以大概预测自己的健康状况，治未病不再遥不可及。”田梅说。
达成四个“全球第一”
早在2015年，金力等中外科学家就基于“测一切之可测”的理念，系统地提出了国际人类表型组计划的设想。其后，在国家和上海市支持下，复旦大学凝聚国内外数十个顶尖科学家团队，在人类表型组计划和基础研究中为中国奠定引领优势，取得突破性进展。
“两年前我还是一位旁观者，后来受到金力院士澎湃激情的感染，成为这一国际大科学计划的参与者。”田梅说。她说，该计划已经达成四个“全球第一”：建成第一个跨尺度、多维度、一站式人类表型组精密测量平台；完成第一个每人测量24000余个表型的自然人群深度表型组队列；绘制第一张人类表型组导航图，发现150余万个表型之间的强关联，大部分为科学界首次发现；研发第一套多组学标准物质“中华家系1号”。
在已经绘制的1.0版导航图中，构建了150余万个表型间的强关联，这为科学界破解表型与疾病、衰老等生命现象之间的关系提供了关键线索。复旦大学人类表型组研究院研究员陈兴栋介绍，他的团队发现多种代谢物与阿尔兹海默症等神经退行性疾病等有着显著的相关性，这为进一步研究这些疾病的发病机制并且提前筛查、精准防治疾病提供了重要的线索。
在150万个强关联中发现，在人的生命周期中，随着年龄的增长，器官间代偿持续增加，表型网络恢复力却在下降。复旦大学教授漆远和研究员钱峰等团队发现，免疫系统在30多岁时和60岁左右有两个明显的转折点，“接下来，我们会通过更多的表型测量与AI分析，有望破解更多人类的衰老机制。”漆远说。
作为我国科学家率先研制的多组学标准物质，“中华家系一号”不仅获批8种国家一级标准物质，而且还被包括芬兰赫尔辛基大学、欧洲先进转化医学研究基础设施（EATRIS）等在内的国内外100余家机构使用。“这为统一各国在表型组领域的数据质量标准奠定了坚实基础，有望大幅提高不同实验室科研数据的可参比性。”复旦大学教授石乐明说。
推动原创性成果持续涌现
“坚冰已经破除，航道已经打开。”出席大会开幕式的中国科学院院士陈凯先曾担任“国际人类表型组（一期）”专项验收专家组组长。他认为，上海引领推动人类表型组大科学计划已初具成效。
美国四院院士、系统生物学研究所创始人Leroy Hood曾评价：“中国科学团队的研究工作令人惊叹，已在表型组学基础研究领域处于国际领先地位。”
在“一期”专项的基础上，更多人类健康奥秘的关键解答“呼之欲出”。2023年8月，上海市正式立项并支持“国际人类表型组计划（二期）”市级科技重大专项。
田梅说，2017年立项的首批上海市市级科技重大专项“国际人类表型组计划（一期）”为全球科学家共同探索人类表型奥秘初步构建了统一的标准体系、建设了跨尺度的科研平台。6年后“二期”重大专项的启动，则标志着全球科学家将可进一步在形成国际共识的研究框架下共同出发，为解答人类表型及其调控机制这一破解生命健康奥秘的核心问题开展实质性协同攻关。
“这也意味着人类表型组计划，这个由中国科学家牵头发起的国际大科学计划正迈向新的征程。”田梅说。
据悉，专项二期将围绕“确保引领-支撑大科学计划持续推进”和“抢先收获-创新策源与范式推广”两条主线，力争牢牢确立上海在大科学计划组织实施和人类表型组研究中的国际引领地位，持续推动范式变革，提升创新策源能力。
田梅介绍，专项二期将升级目前的人类表型组导航图，最终形成一套人类表型组全景“导航图” 2.0版。人类表型组全景“导航图”和人类基因组图谱的结合将为新药研发、疾病预测等提供更完整的信息，帮助人们更加科学、更加精准地认识健康评估的标准。
“二期”专项还将构建全球人类表型组数据协同研究平台（PhenoBank）、联合国内外学者筹建国际表型组学会，为全球科学家进一步的合作研究提供支持，并且将推广表型组学研究范式，加快成果转化应用，力争产生包括新潜在药靶、新生物标志物、新机理在内的一系列新突破、新发现和新成果。
