“精准医学计划”的提出激起世界各国的迅速反应，在美国率先发起的影响下，英国、欧洲和中国都迅速启动了类似的科学研究项目。生物医学项目的来龙去脉是什么？基本内涵和目标是什么？对理论和技术的挑战是什么？科学界和社会对精准医学的期待是什么？

　　生物医学：学科汇聚的必然产物

　　数百年来，生物学或生命科学——与其它基础科学发展相似，经历了由观察性研究到显微和分子水平研究的深刻变迁。在近代，生命科学的学科分工也越来越细，越来越专，越来越深，实现了从宏观到微观的全面覆盖，也实现了从观察到计算，从整体到分子的两次翻天覆地的变迁。生物医学科学（biomedical sciences，简称生物医学）作为一门整合性科学逐渐壮大，成为与社会健康保障（healthcare）体系和医学教育直接相关的学科。

　　生物医学是生命科学各领域聚焦医学，为社会健康保障提供科学基础和技术支持的学科，其概念和技术不仅包括新兴的细胞生物学和分子生物学，也包括一部分传统遗传学、生物化学、微生物学等主要生物学分支和领域，同时也包括医学基础研究领域，比如生理学、药理学、免疫学、病理学、毒理学等。更重要的是近来高速发展的基因组学、生物信息学等正在改变生物医学的发展路线图，使其快速进入到了精准医学时代。

　　“精准医学计划”：“人类基因组计划”的续篇

　　虽然在其它领域已经有了几个大项目，比如制造原子弹的“曼哈顿计划（相当于260亿，2013年美元的价值）”和人类登月的“阿波罗计划”（斥资254亿美元，1973年美元价值），但是生物医学领域组织的大科学项目始于“向癌症开战（the Waron Cancer）”，成功于“人类基因组计划”。

　　任何一个学科的发展，首先是认识到学科建设的重要性和学科不断发展和更新的必要性。其次，是通过有组织、有阶段、有高潮的项目和运动来聚集资源（包括人才和资金），同时启动学科的基础建设。第三是识别和推动关键技术的发明，比如DNA测序技术随着“人类基因组计划”的进程而发展和成熟。第四是调动产业的积极性，利用学科的发展形成新的业态。

　　“向癌症开战”经历近20年的努力——从肯尼迪总统（1960年-1963年）到尼克松总统（1969年-1974年）时代，才形成后来由尼克松总统签署的“国家癌症法”。更重要的是科学界和社会在发起和监督这一计划进程时，逐渐达成了基本共识，看清理想与现实之间的差距，推出了后来的“人类基因组计划”。

　　“人类基因组计划”是一个预计斥资30亿美元的大科学项目（实际花销很难估计，应该只是预期的1/3左右），在三十年后的今天看也是个不小的数字。据最新估计，这一计划为美国所创造的经济效益已经达到一万亿美元。

　　“精准医学”这一概念的提出并非偶然。在过去的半个世纪里，生物医学有了长足的发展。我们完成了一个人的基因组测序，也完成了数百人的基因组多态性。“下一代”或NGS测序技术解决了通量和部分价格问题（富人不介意付，穷人难付起的价格），剩下的可实现目标就只有两个：每个人的基因组和特定人群的基因组。也就是说，实现基因组研究的个性化或者个体化已经不是问题。因此，以个体化基因组为研究命题的项目已经失去意义，我们要向新的目标迈进。2011年美国基因组学与生物医学界的智库发表了《迈向精准医学：建立生物医学与疾病新分类学的知识网络》，宣示基因组学的研究成果和手段如何可以促成生物医学和临床医学研究的交汇，从而编织新的知识网络。2014年，美国总统奥巴马宣布了这一计划的开始。

　　精准医学：生物医学发展的目标

　　经过近十年的思考和准备，这个新大科学项目就是“精准医学计划”。计划的首要目的，是要以测定百万人的基因组为既定目标，结合和病人群体、疾病机理等研究，攻克常见疾病的诊断和治疗难关。它的既定目标是要编织一个生物医学与临床医学交叉的关于疾病和健康的知识网络，夯实基础和临床医学研究，不断促进临床实践规范化和疾病诊断、治疗过程的细分，积累和整合有效临床资源，凝练以疾病分类为命题的大科学目标和方向，有效地为全社会提供“从实验室到病床”、“从实验室到家庭（个人）”的公共卫生与个人健康保障。

　　至此，一个新时代的生物医学从基础研究到健康保障的路线图已基本形成。路线图包括了很多深层次的内容。首先是生物医学研究基本内容和范围，“人类基因组计划”解决了人类参照基因组的序列问题。从基因组多态性来讲，它解决了罕见疾病研究和诊断的问题，可以不再依赖家系的大小和数量，散发病例的测序也可以帮助我们解决罕见遗传病的“病根”问题。“精准医学计划”将引领我们走进常见疾病的研究。另外，精准医学还要解决从表观遗传到细胞异质化、表型可塑性、认知可塑性等问题，推动创新思维，包括新概念、新假说和新理论。精准医学也要依赖新技术和新方法的开发。

　　生物医学的路线图还会涉及哪些大科学项目？我们可以从三个层面考虑：“组学”（omics）层面、细胞层面和疾病生理层面。

　　在组学层面，首先是RNA组研究计划（ribogenomics），包括转录组（transcriptomes；所有细胞种类的特定转录本）、修饰组（modomes；所有共价修饰和在转录本上的分布）和校对组（editomes；所有要校对的转录本和校对位点），主要解决的科学问题是细胞在转录水平的调控机理。下一个是细胞表观组（epigenomics）研究计划，主要解决DNA分子——染色体的化学修饰和空间结构与基因表达调控的关系。

　　在细胞层面，有细胞组（Cellomes）研究计划，研究细胞正常状态和病理状态细胞之间的差异，即细胞异质化问题；有神经细胞的连接组（connectomes）计划，将神经细胞之间的连接搞清楚，为大脑的功能研究和认知的可塑性研究铺平道路。人类的微生物组（microbiomes）研究也可在这个层面。

　　在疾病生理层面，我们可以重启癌症研究计划，彻底地解决机理、诊断和治疗问题。也可以启动心血管病、神经退行性疾病、代谢病等疾病研究计划。要实现这几个重要的计划，就需要有相应的技术积累和新技术研发。比如，直接测定RNA序列（包括共价化学修饰）的技术、单细胞水平的研究工具、高通量分子诊断设备、微量细胞物质测定技术等。

　　精准医学：对新技术的依赖

　　纵览生物医学诞生和发展的历史，从医学到生物医学是一个整合的过程；就技术和方法学发展而言，生物医学技术是一个不断革新、汇聚的过程。

　　生命科学起源于医学和生物学的交融，两个学科都各自经历了数百年的变演，最终在细胞和分子层面上相遇。生物学的变化更多一些，从“合久必分”的学科细分，到现代分子生物学的“分久必合”——系统整合。这最要感谢的是现代生物技术的飞速发展，X光衍射、DNA重组、寡聚核苷酸合成、DNA测序、DNA聚合酶链式反应（PCR）、单克隆抗体等技术，无一不带动生命科学领域新的飞跃。未来生物医学技术仍然需要学科交汇，只是这个交汇将更加复杂，还要涉及到物理学各分支科学、化学分各支科学、工程学、计算机技术、纳米科技等领域的科学前沿。

　　在分子层面，精准医学不仅需要测定DNA、RNA和蛋白质等生物大分子的序列和共价修饰，还需要测量细胞代谢产物的浓度和变化。在细胞层面，精准医学要定位大分子符合体的结构和分布，要区别细胞之间的正常和病理条件下的分子水平变化。这些都是分子诊断的理论和实践基础。在整体水平，精准医学要区别基因型或分子分型与表现型或生物表征分型之间的关联和差别，使分子－细胞－整体在生理和病理层面汇聚成解析疾病原因、诊断疾病线索和治疗疾病手段。此外，精准医学在区别个体差异的基础上，还为健康保障提供了发展方向和线索。

　　在未来，自检测、现场（point-of-care）检测、可穿戴设备等会与居家互联网体系和技术紧密结合，产生一系列的健康保证和监测技术，在时间轴上，延伸医疗保健的空间。现代社会将在精准医学的带领下，在新技术的保障下，不断走向健康、和谐和成功。

　　作者单位：中国科学院北京基因组研究所