破解人體另一半生命密碼

劉垠

“繼‘人類基因組計劃后，‘人類表型組計劃成為生命科學領域又一戰略制高點。‘人類表型組計劃的開展，將全面解讀人類生命密碼所需的關鍵信息。”中國科學院院士、“國際人類表型組計劃（一期）”項目首席科學家、復旦大學副校長金力說，“人類表型組計劃”將系統解答基因與表型之間的具體關系和內在機制，將有助于實現疾病預防，并提出針對性的健康維護方案。

近日，“國際人類表型組計劃（一期）”項目在上海啟動。該項目是上海首批市級科技重大專項，也是上海建設具有全球影響力的科技創新中心的重要舉措，由復旦大學牽頭，中國科學院上海生命科學研究院、上海交通大學等單位專家共同承擔，國內外百余名科學家投身其中。

相比于人們熟知的基因，表型顯得比較陌生。那么，表型研究對于人類意義幾何？基因和表型是什么關系？中國是否具備組織發起“人類表型組”國際大科學計劃的能力，我們的自信和底氣來自于哪里？項目一期首席科學家金力院士答疑解惑。

構建健康人群表型圖譜及數據庫

2001年“人類基因組計劃”完成后，生命科學和醫學研究進入“后基因組時代”。對于高度濃縮的基因信息如何演化為最終復雜表現形式（即表型），目前科學家們正在積極探究。

那么，何為表型？“指生物體從胚胎發育到出生、成長、衰老甚至死亡過程中，由基因與環境以及二者互作產生的形態特征、功能、行為、分子組成規律等生物學性狀的具體表現。”金力說，“人類表型組是人體中除了基因組外的另一半生命密碼，其研究被《自然》雜志評為新方向，發展前景非常光明，在醫療健康領域將發揮‘點石成金的作用。”

“人類基因組計劃”破解了人體基因“天書”，但疾病不僅僅由基因單一因素導致。“國際人類表型組計劃（一期）”將通過對人類表型組在物理、化學和生物層面進行跨尺度多維度研究，首次建立國際人類表型組學研究平臺，全面制定我國人群健康表型組標準化技術體系，構建中國首例健康人群表型圖譜及數據庫。

現實的情況是，由于成本較高、采樣要求嚴格、標準尚未統一等原因，人類表型組學研究目前處于各自為營、逐步積累的階段。為了改變這一局面，組織“人類表型組計劃”已在科研團體中醞釀。

“特有的人群遺傳結構與環境因素，共同塑造了每個人獨特的表型特征，這造就了豐富的表型特征多樣性。”金力說，由于表型組學自身的多樣性和復雜性，建立全方位、多功能的表型組學測量和分析技術體系顯得尤為重要。

中國工程院院士、中國醫學科學院北京協和醫學院校長王辰表示，中國人群基數大、樣本多、表型廣，建立健康人群的表型數據測量標準及技術體系，對精準醫學發展意義重大。

相關人才和技術已有儲備

大量表型組數據的獲得、標準化、整合及“歸因”分析，是解析單基因遺傳疾病，甚至復雜疾病致病原因的關鍵。

“‘國際人類表型組計劃（一期）得到上海市市級科技重大專項批準支持，但還不是真正意義上的國際大科學計劃。當然，我們已具備了實力和基礎，有望通過進一步努力，組織發起‘人類表型組國際大科學計劃。”金力說，復旦大學10年前就在泰州建立了20萬人的大型健康人群隊列并持續跟蹤研究，建立了系列人類表型測量方法，獲得了大量人群體質表型測量數據，發展了國際領先的高通量、高靈敏、高特異分子表型檢測技術，研發了全表型譜數據整合與分析技術。

無論從關鍵技術、數據收集，還是高端人才、組織經驗來說，都為中國組織發起“人類表型組”國際大科學計劃構建支撐平臺。

“我們擁有一支卓越的、多學科交叉的人類遺傳學和表型組研究團隊，并吸引了一批國外著名專家參與，包括‘代謝組學之父英國醫學科學院院士杰里米·尼科爾森。”金力告訴筆者，國內的協同網絡也已構建，集聚了20余家國內優勢單位的60多名院士、杰青、長江等高端人才；并與7個國家14家著名的研究機構的專家進行溝通，基本完成國際布局的前期協調工作。

值得關注的是，金力曾任國際人類基因組組織委員，為組織國際大科學計劃積累了豐富的經驗。作為國際人類基因組計劃參與者和國際人類單倍型計劃的推動者，他還參與了美國國家健康研究院“后基因組時代”戰略路線圖的制定等。

牽頭國際大科學計劃尚需“內外兼修”

“我們初步設計了大科學計劃的實施機制，確定了‘分布式國際大科學計劃模式，統一技術標準并且共享數據資源。”金力說，國際人類表型組研究的順利開展，還得益于從上海到國家的政策支持。早在2015年，復旦大學承擔科技部先發布局的“中國各民族體質人類學表型特征調查”國家科技基礎性工作專項項目，構建系統反映中華民族從個體到群體表型多樣性的數據庫和數字化樣本庫。

2016年4月，國務院批準《上海系統推進全面創新改革試驗 加快建設具有全球影響力的科技創新中心方案》中，“國際人類表型組”被列入需布局的重大科學基礎工程；2016年8月，上海市科技創新“十三五”規劃將“國際人類表型組”列為推進原始創新重大突破的戰略方向。

開展人類表型組研究已成為學術界的共識。杰里米·尼科爾森公開表示，人類表型組研究不僅需要集成多學科的優勢力量，更需要全球科學家的大協同。該專項有望將人類表型組研究打造成為國際性科研高地，助推中國生命科學走向世界領軍地位。

前不久，國務院印發《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》（以下簡稱《方案》），意在為解決世界性重大科學難題貢獻中國智慧、提出中國方案、發出中國聲音。

制定戰略規劃、確定優先領域，成為《方案》的重點任務之一，將圍繞物質科學、宇宙演化、生命起源、地球系統、環境和氣候變化、健康等多學科交叉領域的優先方向、潛在項目等，制定發展路線圖。

“掌握了關鍵技術、豐富的組織經驗、高素質的人才隊伍，但國際人類表型組計劃‘成長為真正的國際大科學計劃，依然離不開國家層面的支持。”金力透露，“國際人類表型組計劃（一期）”得到上海市政府近5.6億元資助，系統的表型測量工作將于今年7月正式啟動。至于全球行動，則將通過國際合作項目來推動，目標就是組織發起“人類表型組”國際大科學計劃。