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发布日期：2024-10-23 作者：开云
“在AI多组学模子成立的进程中经由过程深度进修可以判定出一个合适预期的成果，但这个成果具体是由甚么机制推导出来的AI其实不能给出特殊具体的谜底，也就是所谓的‘黑箱’，假如没有科学性的猜测根据，可能成果不克不及完全使人佩服。”
正确的疾病分类可以或许帮忙大夫对病人的病情、医治手段和预后（即预估医治成果）进行快速和有用的判定。疾病分类的根本是致病机制，而在之前，分类常常是经由过程症状、病灶形态等概况现象进行的。此刻，跟着组学手艺的成长，科学家可以或许深切基因，追本溯源，对疾病进行更加精准的分类，为诊疗作出进献。
近日，一项研究经由过程全球最年夜范围的结直肠癌多组学数据阐发，发现了多个与该疾病相干的要害基因，并在此根本上重构告终直肠癌类型学。该研究在2024年8月7日颁发在《天然》（Nature）杂志上，作者是来自瑞典乌普萨拉年夜学、华年夜生命科学研究院和华年夜基因聪明医学研究院的Tobias Sj?blom、林从、李甫强等多名研究者构成的团队。
结直肠癌病发率居所有癌症第三位，约20%的患者在确诊时已产生转移，灭亡率高居各类癌症第二位。该研究对瑞典知名癌症样本数据库U-CAN队列中的1063例结直肠癌样本进行全基因组和转录组测序阐发，发现了一系列与癌症分歧阶段相干的驱动基因，并辨认了要害预后因子。
基在肿瘤基因表达差别，研究者们将结直肠癌预后分为了包括5个预后亚型的类型系统CRPS（CRC Prognostic Subtypes，结直肠癌预后分型）。与经典的结直肠癌分型CMS（Consensus Molecular Subtypes，共鸣份子分型）比拟，该分类可以或许加倍正确地猜测预后。
经由过程对多组学数据的阐发，研究团队对经典结直肠癌分类CMS（图片右边）进行重构。新分型系统CRPS（图片左边）对预后反映的猜测结果更好。图片来历：《天然》杂志 ?
基因与癌症是甚么关系？甚么是多组学数据？基因组与转录组有甚么区分？AI可以或许帮忙我们更好地对疾病进行分类吗？为了回覆这些问题，彭湃科技采访了该研究配合通信作者、华年夜基因智惠医学研究院专项科学家林从。
【对话】
基因：癌症的“暗码”
彭湃科技：可否请你介绍一下结直肠癌的特点？该研究为何选择这类癌症？
林从（论文配合通信作者、华年夜基因智惠医学研究院专项科学家）：结直肠癌是全球第三年夜多发癌症，每一年新增病例数约190万例，灭亡人数接近90万，严重要挟人们的身体健康。特别在发财国度，病发率和灭亡率都较高。最近几年来，跟着糊口体例和饮食习惯的改变，很多成长中国度的病发率也在上升。
结直肠癌的病程相对迟缓，但病发藏匿，固然有筛查和初期干涉干与的机遇但发现率有待提高。同时，结直肠癌的产生触及遗传和情况等多种身分，肿瘤具有很高的异质性，年夜范围的研究可以帮忙优化筛查方式，改良初期发现率，并帮忙理解癌症产生的机制，在临床上也有助在研究新型医治方案、标记物或药物靶点，可以改良患者保存率。
本研究利用的UCAN队列，是Uppsala University结合Ume? University、Stockholm university、Kungliga Tekniska H?gskolan (KTH) 等研究团队在2010年启动扶植的，截至2023年末，已收集了27,476名癌症患者的样本、影象和临床数据，该队列对患者每一年按期随访，近20%的患者随访跨越10年，75%以上的患者随访跨越5年。此中结直肠癌患者占比很高，为年夜范围研究供给了很好的根本。
彭湃科技：基因与癌症的关系是如何的？前者决议后者的发生和成长吗？在良多人眼中，基因是先天决议的，是以癌症的风险也是先天决议的吗？
林从：基因与癌症的关系很是紧密亲密，癌症的发生成长凡是触及基因的突变、异常表达或调控变态。固然基因确切在癌症风险中起到主要感化，但不是所有癌症的风险都是先天决议的。年夜大都癌症（约90-95%）与后天情况身分和糊口体例紧密亲密相干（如抽烟、辐射表露、饮食、活动不足、肥胖等），这些身分可能激发基因突变，从而致使癌症。
彭湃科技：该研究发现了多种新的癌症驱动基因。若何理解“驱动基因”？此次发现的这些基因有甚么特点？它们是结直肠癌独有的吗？可以按照这些基因来对还没有症状的人进行癌症诊断吗？
林从：驱动基因通常为癌症产生成长进程中高度频发突变的基因，这类突变一般会为癌细胞供给必然发展优势，好比使它们可以或许不受控地增殖、转移和存活，从而鞭策肿瘤的构成和进展。
我们发现的这些基因纷歧定是结直肠癌特异的，而是与癌症遍及有关，但有些驱动基因是在结直肠癌更加常见。理论上，辨认这些驱动基因的突变可以帮忙初期诊断癌症，特殊是在还没有症状的高危人群中，但需要后续在临床利用研究中再进一步严谨地验证，也需要斟酌敏感性和特异性等身分。
组学阐发：疾病溯源的利器
彭湃科技：该研究对1000多例结直肠癌样本进行了全基因组和转录组测序阐发。甚么是组学阐发？转录组与基因组有甚么区分，各能获得甚么信息？
林从：组学阐发是从分歧层面和角度对生物系统中年夜量份子数据进行研究的方式。一般经由过程高通量手艺（如基因测序、质谱等）获得分歧类型的数据，如基因组、转录组、卵白质组和代谢组等。
基因组是指人体内所有DNA的总和，包罗所有的基因和非编码区域，线粒体基因组等。转录组是指所有RNA份子的调集，转录组阐发供给了基因表达的动态信息，揭露了在特定前提下哪些基因可被转录为RNA，和它们的表达程度若何转变，对理解基因功能和调控机制很是主要。
彭湃科技：该研究中的基因组学阐发具体是若何展开的？文章提到该研究还连系了样本临床随访的数据，年夜致包罗哪些方面的数据？
林从：年夜致流程就是搜集病人样本并提取组织中DNA、RNA，然后操纵我们自立研发的测序仪进行高通量测序，并将获得的测序数据与参考基因组进行比对，阐发带有突变的基因和被影响的基因表达等。
临床数据大要包括病人的春秋、性别等根基信息，和肿瘤相干的信息，例如肿瘤分期、分级等，和病人保存期的统计。
数据越多，分类越准？
彭湃科技：结直肠癌的分类系统是若何成长的？CRPSs有甚么特点和优势？它为结直肠癌诊疗具体带来了哪些帮忙？
林从：简单来讲，最根本的是传统的形态学分类，按照肿瘤细胞形态和组织布局将结直肠癌分为腺癌、粘液腺癌等等，但这些亚型在猜测患者预后和指点医治方面的感化有限。
跟着基因组学手艺的成长，带有特定基因的突变，微卫星不不变性（MSI）和染色体不不变性（CIN）的肿瘤被一一辨别，这些份子特点的发现进一步细化告终直肠癌的分类。2015年，研究者提出了CMS分型（Consensus Molecular Subtypes），将结直肠癌系统的分为四个亚型：CMS1-4，每一个亚型具有分歧的基因表达特点、预后和医治反映，这极年夜地完美告终直肠癌份子分型系统。
而在我们的研究里，进一步基在肿瘤基因表达差别谱解析出5个具有分歧份子特点的预后亚型（Colorectal Cancer Prognostic Subtypes, CRPS），相较在CMS，我们操纵自力队列转录组数据构建的CRPS能加倍正确地猜测预后。在经典的CMS分型中，CMS4间质型肿瘤具有基质细胞浸润较高，转化发展因子β（TGF开云体育app-β）通路激活等特点，且被遍及认为是预后较差的肿瘤，但在CRPS分型系统中，部门CMS4型肿瘤现实上被鉴定为预后较好的CRPS2型，而CRPS2型肿瘤具有上皮细胞特点，且在基因组20q11区域具有较多的扩增，这些成果提醒整合基因组和转录组数据的份子分型，能获得更邃密正确的患者预后分层，对优化临床肿瘤分型，指点结直肠癌精准医治具有主要意义。
彭湃科技：有人认为在AI和年夜数据时期，只要我们整合范围更年夜、模态更多的数据，便可以对疾病进行加倍注意和素质的分类，乃至冲破本来对疾病的理解。在你看来这一成长进程中还哪些挑战？
林从：我认为挑战可能有以下几点：起首，数据质量良莠不齐，会对AI发生噪音；且分歧研究机构在搜集样本/数据的进程中数据收集前提、丈量尺度、阐发方式等方面存在差别，致使数据整合纷歧致性，影响AI模子泛化能力。
其次，分歧模态的数据（如多组学数据、影象数据、临床数据等）有很高异质性，若何有用整合这些异构数据是一年夜挑战。
最后，在AI模子成立的进程中经由过程深度进修可以判定出一个合适预期的成果，但这个成果具体是由甚么机制推导出来的AI其实不能给出特殊具体的谜底，也就是所谓的“黑箱”，假如没有科学性的猜测根据，可能成果不克不及完全使人佩服。
（原题目：全球最年夜结直肠癌多组学研究：科学若何让疾病分类更正确？）
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