转化医学及转化医学信息学的兴起和发展

2013-08-28 03:16陈锐

解放军医学杂志 2013年8期

陈锐

转化医学(translational medicine)是近年国际医学健康领域出现的新概念，大力发展转化医学是健康科学发展的必然要求。转化医学打破了基础医学﹑预防医学﹑临床医学﹑药物研发之间的屏障，使各领域的信息交流变得畅通，缩短了实验室到病床的时间和过程，可促进人类医疗水平的提高，并推进全民健康事业的发展[1]。转化医学作为现代医学理念的新发展，已逐渐成为全球医学﹑生物交叉学科的重要研究方向，也成为各大研究基金的重点支持对象。

1 转化医学的兴起

1.1 转化医学的出现转化医学理念萌芽于1968年，即“bench-beside interface”研究模式，但直到1992年“bench to bedside(B2B)”的提出，才引起了足够重视。“B2B”即“从实验室到病床”，是将实验室研究发现转化成临床应用的诊疗技术和方法[2]。1994年“translational research”的概念开始出现，1996年“translational medicine”即转化医学这一名词首次出现在了《柳叶刀》杂志[3]。

1.2 转化医学的内涵转化医学是一种多学科交叉的新兴医学研究模式，需要基础医学﹑临床医学﹑预防医学﹑药物研发及生物医学信息学等多学科多领域的科学家共同合作。转化医学的核心是要将医学生物学基础科研成果快速有效地转化为可在临床实际应用的理论﹑技术﹑方法和药物[4-5]，在基础研究与患者诊疗，尤其是与临床试验之间建立起桥梁联系，从而更有效地将基础研究发现应用于临床疾病的预防和诊疗。“B2B”是双向的，既指“从实验室到临床”，又包括“从临床到实验室”，即将临床上收集的数据信息和临床问题快速反馈给实验室，用临床疾病问题来指导基础研究走向，深化基础研究，沟通基础研究与临床实践。可以说，转化医学不仅仅是一个新的概念﹑新的研究模式，更是推动医学发展和药物研发的引擎。转化医学研究一般包括4个步骤，即：从基础研究发现中找出健康应用的候选(T1)；评估后，建立以循证为基础的指导文件(T2)；在医疗实践中运用﹑传播﹑扩散这些指导文件(T3)；最后对医学实践的结果进行评价(T4)[6]。

2 各国转化医学研究现状

2.1 美国 2003年，美国国立卫生研究院(NIH)公布了NIH医学研究路线图，其3个主题分别是：治疗新道路﹑未来的研究团队以及临床研究组织机构重建。NIH在重建临床研究组织机构这一主题中突出了转化医学，并在2003年到2012年间每年投资5亿美元用于转化医学研究中心的建设。

美国国家科研资源中心(National Center for Research Resource，NCRR)是NIH的下属机构，为实验室科学家和临床研究人员提供研究工具及培训，以了解﹑检测﹑治疗﹑预防各种疾病。NCRR支持临床和转化研究的各个方面，将研究人员﹑患者和全国相关团体连接在一起。这种支持使得分子和细胞级别的研究转向动物级别，再转向以患者为中心的临床研究，并最终提高医护水平。NCRR 2009－2013年的5年战略计划的主题为“从基础研究到改善患者医护的转化研究”。这些战略计划内容包括：创建生物医学研究到实践的转化能力，使用动物模型推进转化研究，提供技术推进转化研究，扩大情报学方法支持研究，加强研究团队建设，鼓励合作，扩大研究投资等。

2006年，NIH开始着手临床和转化医学奖励项目。临床和转化医学基金(clinical and translational science awards，CTSA)是由NCRR支持的临床研究的国家级学术研究基金。CTSA的目的是缩短实验室基础研究发现到临床应用的过程，加快基础研究向社区﹑患者临床应用的转化，减少从实验室发现到患者治疗实践所花费的时间，培训临床研究人员，加强各组织间广泛合作，提升全美各地区的医疗水平。2006年全美有12个临床与转化医学研究中心项目在CTSA的支持下启动建设，如加州大学戴维斯分校﹑加州大学洛杉矶分校﹑匹兹堡大学﹑哥伦比亚大学欧文研究所﹑杜克大学﹑耶鲁大学﹑宾夕法尼亚大学等[7-9]。到2012年，已有30个州的60所医学研究机构组成研究联合团体，从事临床与转化医学研究工作(图1)。

2.2 英国 2006年，惠氏公司与英国苏格兰工商委员会﹑邓迪大学﹑阿伯丁大学﹑爱丁堡大学﹑格拉斯哥大学及英国国家卫生服务系统(National Health System，NHS)委员会合作开展转化医学研究合作项目(Translational Medical Research Cooperation，TMRC)，该项合作是全球转化医学领域的第一个合作项目[10]。

图1 获得CTAS资助的医学研究机构分布情况Fig.1 Map of CTSA-funded medicine institutions

2007年，英国国家健康研究院(National Institute for Health Research，NIHR) 提出要在5年内提供超过4.5亿英镑用于资助11个生物医学研究中心进行转化医学研究[11]。

2 0 0 7年，英国成立研究战略协调办公室(Office for Strategic Coordination of Health Research，OSCHR)，职责包括转化医学研究﹑公共卫生研究﹑电子健康档案研究﹑方法学研究﹑人力资源发展等5个方面。2008年，OSCHR成立了转化医学委员会﹑电子健康档案研究委员会和公共卫生研究委员会。同年，英国医学研究理事会(Medical Research Council，MRC)发布转化医学研究方案，表示未来将投资1.32亿英镑用于转化医学研究[12]。

2.3 中国 2002年中国科学院上海生命科学研究院和上海交通大学大医学院合作成立了健康科学研究所，建立了生物医学转化研究平台；2006年阿斯利康公司与上海交通大学建立了精神疾病基因及药物研发领域的合作，开展针对中国基因的转化医学研究；2008年复旦大学生物医学研究院依托复旦大学附属医院成立“出生缺陷研究中心”；2009年中南大学湘雅医学院成立转化医学研究中心，从事生物学基础研究到医学临床应用的转化研究；2010年北京协和医院﹑浙江大学第一附属医院先后成立转化医学中心；2011年南京军区总医院﹑武汉同济医院﹑天津医科大学第二附属医院相继成立转化医学中心。

2007年，卫生部启动了“健康中国2020”战略规划制定工作，在医学科技战略思路上提出了动态性﹑系统性转化整合战略，具体包括：基础—临床—预防转化整合，临床—康复—预防转化整合，药学—临床—预防转化整合，上游—中游—下游转化整合，遗传—环境—机能转化整合，引进—自创转化整合，高新—适宜技术转化整合，医学—人文转化整合，人—环境—生态转化整合，中医—西医相互转化整合。2010年陈竺部长在会见美国国立卫生研究院院长时提出“双方可以在转化医学领域展开合作”。同年，香山科学会议上，陈竺做了题为“推动转化医学发展，应对人民健康挑战”的讲话，指出：“要改革体制机制，要大力发展转化医学”[13]。2011年，国家“十二五”科学和技术发展规划提出“强化临床医学和转化医学研究”﹑“系统推进转化医学平台建设”﹑“建立转化医学研发平台”。2011年，国家自然科学基金“十二五”发展规划也提出了“重点支持转化医学以及整合医学的研究”。由此可见，在我国，各大院校积极建设临床与转化医学中心，转化医学也已成为国家在生物医学领域里一个重大的政策要点。同时，也希望相关部门提供积极的资金支持，加快整合基础与临床研究，推动科研机构与企业实体共同协作，促进研究成果转化并尽早进入到临床实践。

3 转化医学信息学的兴起

3.1 医学信息学 20世纪50年代，芯片与计算机的崛起催生了计算机在医学领域的应用，随后，医学计算﹑医学计算科学﹑医学电子数据处理﹑医学软件工程等名称陆续出现，到1974年，医学信息学作为专业术语首次出现。医学信息学是信息技术与医疗卫生的交叉学科，是应用系统分析工具这一新技术(算法)来研究医学管理﹑过程控制﹑决策等的科学，即借助医学研究过程中产生的知识，开发﹑评估各种有关获取﹑处理和解释患者数据的方法和系统。转化医学是一门多学科交叉的新兴医学研究模式，需要基础医学﹑临床医学﹑预防医学﹑药物研发及医学信息学等多学科多领域的科学家共同合作。其中医学信息学能够帮助信息和知识集成﹑管理及利用，为转化医学研究提供资源保障服务﹑技术支持服务以及完善周全的信息交互环境。

美国是较早开展医学信息学教育的国家，在该领域其研究水平处于世界领先。据统计，全美共有83家机构(包括大学﹑医院﹑图书馆)开展医学信息学专业学位教育及各类培训，以硕﹑博士教育为主，如哥伦比亚大学生物医学信息学系﹑杜克大学临床信息系﹑匹兹堡大学口腔医学信息学中心﹑华盛顿大学生物医学和卫生信息系等[14]。

3.2 转化医学信息学实施转化医学，从基础研究到临床应用的过程复杂，首当其冲的是需要在实验室和临床之间构建双向的信息通道，需要大量信息内容的支撑和信息环境的支持。转化医学的兴起为医学信息学提供了新的服务领域和研究内容，转化医学信息学也是医学信息学研究的重要方向之一。美国较早开设转化医学信息学研究方向的高校及研究机构包括美国俄勒冈卫生科学大学，俄勒冈州临床与转化研究所，加州大学旧金山分校，犹他大学等。

转化医学信息学的研究内容包括：信息技术参与转化医学实践，搭建信息系统，支持数据交换和知识共享，建立整合患者危险因素﹑临床诊治﹑生存和预后等临床组学数据库资料，以及开发具有完整的患者生物标本﹑开放式疾病转化研究的系统平台，甚至为生物医学研究者开发在线知识社区等。

4 美国转化医学信息学具体案例研究

4.1 哈佛催化剂(Harvard Catalyst) 2008年5月，美国哈佛大学医学院成立了临床与转化科学研究中心，并将其形象地命名为“哈佛催化剂”。该中心整合了哈佛大学10个学院﹑17个学术性医疗中心和其他参与机构(如波士顿大学﹑麻省理工学院﹑马萨诸塞州大学医学院等)的各种资源﹑技术和最佳临床实践，用以帮助项目成员单位实现工具和技术共享，帮助科研人员接受临床和转化科学有关理论﹑实践的培训和教育，以及项目资助等。Harvard Catalyst还获得了临床和转化医学基金(CTSA)1.175亿美元的资金支持，同时也获得了哈佛大学其他机构7500万美元的资助，巨大的经费支持充分体现了该中心的重要性。其一期项目计划时间为5年，由13个子项目组成[15]。

Harvard Catalyst利用MeSH主题词表构建医学领域的知识关联，并利用社交网站特点推动用户参与，如提供个性化学术空间的管理和“我的论坛”﹑“我的项目”等板块。可以说Harvard Catalyst是一个强大的搜索引擎，具备强大的数据挖掘能力﹑信息揭示能力和丰富的可视化技术应用资源。Harvard Catalyst有两个强大的挖掘工具，一个是科研网络和专家挖掘工具(Profile RNS)，另一个是自动书目挖掘工具(Medvane)。Profile RNS不仅能显示传统目录信息，还可揭示如何在大范围的科研社区中与其他人关联。例如，具备科研兴趣相似﹑同一篇文章的作者﹑在相同院系中任职﹑在同一大楼或实验室工作等情况的科研人员将自动形成连接；Medvane从PubMed中获取信息，包括自1973年以来发表的至少有一个作者是哈佛或相关机构的论文。Harvard Catalyst的可视化浏览方式也十分丰富，包括概念云﹑概念时间段﹑地图浏览﹑人员辐射网络查看等诸多浏览途径[16]。

Harvard Catalyst的生物医学信息学项目即转化医学信息学致力于在转化医学研究中实施信息和知识管理，提供丰富多样的服务[15]，例如：①开发寻找合作者﹑研究资源﹑基金资助等信息的工具。基于Web帮助研究人员与他人取得联系，采集数据，洞悉可进行合作性转化研究的机会。②开发哈佛大学附属医院病体信息研究工具。聚集确定临床数据和生物样品的查询工具，用于病体信息研究。③Harvard Catalyst的网站支持。开发并维护Harvard Catalyst网站，并辅助其他项目开展应用程序的开发。④公共通信。确定最有效的方法和模型，以便公众和临床研究机构交流健康信息。

4.2 VIVO 2004年，康奈尔大学图书馆启动了VIVO项目，用以支撑该校农业和生命科学学院的生命科学研究，推动校内的学术交流，揭示跨校区跨学科的研究者信息。VIVO数据摄取工具从学校和院系的管理系统中抓取信息，如项目﹑基金﹑课程﹑出版物﹑学术活动﹑实验室与研究条件等。2007年，VIVO经RDF﹑OWL﹑JENA和SPARQL等技术改造，其内容已经覆盖康奈尔大学所有院系的教员﹑科研人员和学科信息。

2009年，在美国国立卫生研究院国家科研资源中心(NCRR)1200万美元的资助下，康奈尔大学﹑佛罗里达大学等7所学校迅速将VIVO发展为全美跨学科科学家网络(VIVO Web)。康奈尔大学负责VIVO平台建设中技术功能部分的开发和完善，佛罗里达大学专注于开发保持每个站点的数据流，印第安纳大学开发社交网络工具，使研究人员能够发现具有相似兴趣的人和技术。其他机构如Scripps研究所﹑Juniper公司﹑佛罗里达州Ponce医学院﹑华盛顿圣路易斯大学和纽约市的魏尔-康奈尔医学院是项目的实施地点。VIVO Web项目为期2年。正如康奈尔大学生物信息学和生命科学图书馆图书管理员Medha Devare所说：“VIVO Web的想法是超越行政区划，创造单点汇集式的学术交流访问平台”[16-17]。

现在，佛罗里达大学和印第安纳大学已搭建了本地VIVO系统，美国农业部也于2010年开始使用VIVO，全球其他机构也可安装VIVO软件和提交数据，加入VIVO Web。在澳大利亚和中国的一些机构也遵循VIVO Web的原始模式，建立了多方机构参与的生物医学研发合作平台。

4.3 CTSA临床和转化科学奖联邦网站挖掘工具全国临床和转化科学奖联邦网站是CTSA获奖者首选的文件储存仓储(称为wiki)，该网站积极呼吁获奖者上传相关研究资料如分析工具﹑采访结果及其他有价值的资源等以促进共享。在网站的使用中，如何在海量的信息中快速获取有价值的资料成为人们最关心的问题。针对这种情况，美国西北大学Galter健康科学图书馆的馆员创建了一套基于关键词和重要专业词汇挖掘的分类方法和标引系统，用于评估共享资源。在使用之前，评估共享资源利益小组审查了该分类方法并完善了相关术语。此后，CTSA wiki共享仓储中的文件都被术语标引，并且被作为一个标签云显示在资源界面，供用户参考[18]。现阶段的目标是检测图书馆员创建的分类及标引方法是否能在联合CTSA wiki网络中加强有效文献的发现，且这项CTSA wiki分类项目仍在持续进行。由于美国国立卫生研究院wiki系统的变化，对于初次使用该系统的用户，分类方法和标记系统没有被作为主要的查询方法。随着用户对新系统依从性的增加及新wiki提交系统的熟悉，分类术语的使用权开放，通过维基标签云对资源进行分类﹑搜索等，文件将更容易被发现。

5 讨论

我国在转化医学起步发展之际，应当重视信息技术﹑网络技术﹑数字化技术的参与，医学图书情报从业者更应该积极参与转化医学研究工作，关注转化医学信息学研究方向，整合临床研究数据﹑电子病历数据﹑基础实验室数据﹑药品研发数据﹑科研人员和科研机构数据等，建立数据仓库﹑系统平台，在此基础上，进行智能分析﹑数据挖掘，构建转化医学研究各方交流合作的基础设施，为转化医学研究提供资源保障服务﹑技术支持服务以及完善周全信息交互环境，助力转化医学研究的进步和发展。

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