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精准医学:当临床医学与算法结合
送交者: 北冥巨鲲[★★★士大夫你快滚★★★] 于 2018-10-29 15:44 已读 4265 次 4 赞  

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如果你在网络上搜索“精准医学”这几个字,会铺天盖地冒出很多软文,文章内容更多是强调技术如何“国际领先”云云,但是很少有文章去阐述精准医学的定义,发展与应用(可能很多媒体人自己也搞不太清楚?)。 6park.com

从我个人的经验看,精准医学Precision Medicine,是根据病人的具体的生理特征(年龄、性别、家族病史、生活习惯),临床指标(各种化验结果,组织切片以及病理测试),基因信息(突变、拷贝数变异等等)综合后,生成的对于病人最优的治疗方案的过程。 6park.com

如果这个定义有些让人费解,那么我们就通过实例来阐述精准医学的产生、发展、临床应用以及未来。 6park.com

1. 什么是“治疗”?(前精准医学时代) 6park.com

在巫医还不分家的时代,如果一个人生病(例如发烧),他无意间服用了某种东西之后病好了,那么往往其他人出现相同症状的时候,也会服用相同的东西。 6park.com

这是人们对“治疗”最直观的感觉,也是最淳朴的经验主义——你不舒服,吃了这个药好了,当我也不舒服,尤其是和你不舒服的部位一样的时候,吃这个药也能治好我。 6park.com

直观的感觉最容易让人理解,但是里面有很大的问题,那就是把“症状”等同于“疾脖了(例如发烧只是一种症状,病因可能有几十种,从肿瘤到病毒感染到炎症都有可能)——相同的疾病可能有不同的症状,不同的疾病也可能症状相同。这点在古代医学中就已经被发现,但是因为没有现代解剖学和病理学的基础,推演出的解释往往就落在怪力乱神上。 6park.com

从十九世纪开始,随着现代医学的兴起,解剖学、生理学、病理学、分子生物学、遗传学不断的完善,在反复的试验和纠错下,“疾脖不仅和“症状”分开了,而且疾病也更加细化。糖尿病分成I型和II型,癌症也根据临床分成多种类型和不同的stage。 6park.com

到这一步为止,我们可以称它为“前精准医学时代”。 6park.com

2. 精准医学时代开始 6park.com

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随着病历的积累和统计学的应用,临床医生发现,即使病人被诊断为相同的疾病,甚至在相同疾病亚型和病理分期,对药物和治疗的反应也有极大的差异(有人效果极好,有人几乎没有反应)。 6park.com

下面我们就举一个临床中简化过的实例: 6park.com

三个病人A,B,C通过临床病理切片和常规医疗测试,被诊断为肺非小细胞癌III期,更具体的说三人全部是肺腺癌III期;三人年龄相近,性别相同,生活习惯也类似。 6park.com

PS:这里先解释一下什么是肺小细胞癌Small cell lung cancer (SCLC)和肺非小细胞癌Non-small-cell lung carcinoma (NSCLC)。 6park.com

肺小细胞癌SCLC:占肺癌的15%左右,在显微镜下细胞胞浆稀少,成颗粒状圆形或椭圆(因为像小米粒所以被称为小细胞癌)。SCLC的患者一般都有15年以上的吸烟史。相比之下,SCLC非常容易扩散。 6park.com

肺非小细胞癌NSCLC:占肺癌的85%,亚型又分为肺鳞癌和肺腺癌。NSCLC中有相当一部分患者没有吸烟史,例如儿童。NSCLC对化疗不敏感,所以一般都是尽可能进行手术摘除。 6park.com

三个人同时服用了阿法替尼afatinib——一种治疗肺癌的靶向药,十天后,A的症状会缓解,肿瘤缩小,并发症会降低(;B和C则除了副作用以外,完全没有反应。 6park.com

这是什么原因? 6park.com

目前的解答是,虽然三个人临床诊断完全相同,但是三个人基因的突变不同。 6park.com

PS:这里再解释一下DNA基因序列突变的概念。 6park.com

我们都知道DNA是一条长链,成双螺旋形状。长链由一个个碱基nucleotide连接而成,DNA中只有四种碱基(ACGT),所谓的突变,就是某个位置上的碱基发生了变化——这个突变可以是单点突变(一个碱基出现了变化),也可以是某个片段出现易位,反转,删除,或者复制。例如在拷贝数突变Copy number variation CNV的情况下,癌症病人的EGFR基因极端情况下可以复制到十几个拷贝(正常情况下只有两个拷贝)。 6park.com

A有EGFR基因突变(肺非小细胞癌最常见突变,约占患者的15%),而B有ALK基因易位(占患者的5%),C没有以上突变。 6park.com

那么,如果你给三个人同时吃阿法替尼afatinib(EGFR基因表达抑制药物),那么A的症状会大大缓解,肿瘤会缩小,并发症会降低(虽然最终会产生抗性);B和C则除了副作用以外,完全没有反应。原因是阿法替尼只能一直EGFR的基因突变,对其他基因没有任何效果。 6park.com

PS:解释一下靶向药抗性。靶向药可以有效的抑制对应基因的突变,病人的身体会恢复的很好(甚至有的人和健康人一样,完全没有生活问题),但是经过一段时间后(8-12个月),病人的状况会突然急转直下,这时候被称为药物抗性产生,原因是激活癌细胞成长的基因通路出现了改变,具体的细节非常的复杂,这里就不展开说了。
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所以正确的治疗疗程是:
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第一步:对病人的肿瘤切片进行基因测序(实在没有,测血液里的游离DNA也可以)
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第二步:根据测序结果,得到病人基因突变信息 6park.com

第三步:A病人有EGFR突变,那么一线治疗推荐靶向药Erlotinib/gefitinib/afatinib(单独吃还是组合要根据其他临床指标和患者身体状况);在产生抗性后,如果抗性为T790M突变,以奥斯替尼Osimertinib作为二线治疗,如果其他突变,则进入三线治疗,也就是化疗(Platinum doublet with pemetrexed ± bevacizumab) 6park.com

B病人有ALK易位,那么一线治疗为艾乐替尼Alectinib或Crizotinib 6park.com

C病人需要进行PD-L1测试,来确定是否要进行抗体免疫疗法。
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综上所述,如何得到病人的基因序列DNA突变信息,并且根据临床诊断的结果来决定最佳的治疗方案,就是 6park.com

癌症精准医学治疗 6park.com

精准医学的存在,需要强大的技术支持,包括基因测序,生物信息学数据分析,算法工具的开发等等,这也是为什么目前无论是学术界还是制药公司对有计算机、尤其是算法背景的基因学家极度渴求。 6park.com

还有最重要的就是基因学专家和临床医生的交流,因为临床医生往往缺乏分子生物学和遗传学方面的知识与训练(为此专门产生了一个Master级别学位Genetic Consulting Program,用来训练能和临床医生交流的基因方面人才)。 6park.com

癌症治疗应该是精准医学目前最成功的应用,这也为什么目前中国基因测序行业中,肿瘤基因测序是最热赛道。除此以外,糖尿并精神类疾病的精准医学治疗也在研发和应用实验中。 6park.com

3. 精准医学的发展与未来 6park.com

目前精准医学的应用依然非常依赖临床医生的个人经验,这也就造成了医疗诊断上的局部瓶颈效应。随着数据的不断增加,尤其是病人治疗后的随访信息的积累,目前的方向是通过人工智能对积累的大数据进行机械学习machine learning,然后做出详细的治疗计划——也就是说,将来医生将扮演的更多的是把关的角色,而不用重头开始拟定治疗计划,这必然极大的提高病人治疗的效率,同时解决医生匮乏的问题。 6park.com

除基因领域外,精准医学也在人体微生物学(例如肠道菌群),营养学中扮演着重要的角色,因为不是我的专业领域,就不展开细说了。

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