对话复旦林鑫华：精准医学上，社会还需要怎样的重大创新？

人们所广为谈论并聚焦的“精准医学”，究竟需要怎样的创新？

在老龄化趋势下，肿瘤、心脑血管等疾病给普通人带来了较大健康与经济负担。针对疾病病因的复杂性，精准医学能够制定有效的健康干预和治疗策略，它不但体现医学发展的必然趋势，也代表了临床发展的主要方向。

“精准医学主要分成精准诊断、精准治疗和精准预防三个部分。”日前，在一场由复旦管院举办的“创·在上海”大中小企业融通科创论坛暨“无科创，无未来”复旦管院科创走进嘉定活动上，复旦大学生命科学学院院长、遗传工程国家重点实验室主任、粤港澳大湾区精准医学研究院执行院长林鑫华教授接受了记者的采访，他认为，精准医学与传统医学之间不一样的地方在于：精准医学可以通过精准优化诊疗效果，避免浪费大量的医疗资源；减少一些无效或者过度的医疗。

第一财经：人类遗传学方面，基础研究解决哪些问题？

林鑫华：基础研究不全是为了应用，非应用导向的基础研究纯粹是好奇心驱动，即对生命现象感兴趣。比如，思考为什么有的昆虫长了那么多翅膀，这究竟是如何在进化过程中形成的？等等。但随着社会发展，当下许多科学家会以社会所需去定位自己的基础研究方向。

生物学中很多的生命现象，其实是与人类疾病机制类似的。我们都会在其中发现基因对形态形成和行为模式的影响。传统的遗传学是从孟德尔发现豌豆的表型开始，逐渐发展到现代遗传学基因修饰技术，更需要科学家搞清楚基因对应的表型、形态形成、早期发育模式，包括器官发育，其所必须具备的基因功能等，这需要通过模式生物的研究去完成，进一步为人类健康打下基础。

那么，一个人为什么会得病？疾病的形成可以是单基因引起，但大多数的时候是由多基因导致。首先我们只有解析病因及背后的机制，进而再发现相应机制的生物标志物和靶点，最终才能做精准的医疗。

为此，现代的遗传学背景下，除了需要发现重大、疑难疾病的形成机制，还需要借助组学、人工智能等新技术辅助疾病得到精确诊断，获得最终的精确靶向药治疗。我们从事的遗传学基础研究，在其中也起到一定作用。

第一财经：近半个世纪以来，人类遗传学的基础研究领域，还有哪些没有被突破的点？

林鑫华：我认为是复杂性状的调控机制。这些复杂性状可能是由多基因决定的。当多基因参与表型时，通过运用多种人工智能（AI）技术与组学分析，将多基因参与的表型用数学计算方法关联起来，进一步确认这些基因对结果影响的有无。

比如，A基因的变化对个体没有产生影响，B基因、C基因的变化也没有影响，但ABC三者同时作用则有影响。通过上述研究方法就可以指导药物靶点的发现。所以长远来说，复杂性状的调控机制应该是一个非常好的研究方向，它奠定了新药开发的理论基础。

因此，当前对于人类表型组的基础研究，就是以基因指征的性状去监测收集数据。通过实验室分析各种各样的基因差异、病理变化所产生的大数据，运用精确算法，可以预测哪些疾病是由哪些基因引起的，然后再反过去对这些基因进行验证。

第一财经：科学家在科创研究过程中应扮演哪些角色？

林鑫华：科学家最重要的还是要把握好创新的源头工作，虽然他们可能在过程管理、工程化方面弱一些，但这些工作完全可以利用相关领域的专业人士来匹配和服务。

从国际上的成熟经验来看，科学家总是做好创新的前几步，将阶段性成果转让给企业后再回过头重新开始做研究。但在国内的话，大多数情况科学家是从头到尾都做了，这其中主要的原因在于国内早期科创企业在估值过程中，难以形成对科学家成果可靠的价值判断方式。

那么究竟科学家的工作需要做到哪一步再拿去进行商业化？以我们遗传学方面为例，比如肿瘤药物的开发，需要找到及发现新药的靶点，以及完成新药物的筛选，并且研究出这些新药物可能产生的潜在的、功能上的风险。这些步骤都做好的话，这些科学家的前瞻性工作就算是告一段落了。

第一财经：目前，遗传工程国家重点实验室的重点攻关方向有哪些？

林鑫华：遗传工程国家重点实验室目前主要关注三方面问题，一是遗传的基础研究，即遗传的变异情况，对表型的影响等；二是遗传在发育过程中的作用机制研究，尤其是在稳态维持中如何对表型产生作用；三是围绕前述两方面工作去研究一些和遗传工程有关的核心技术，比如类器官技术等，来实现一定的转化。从遗传到发育，再到到遗传工程，三方面工作相互影响、相互促进。

以类器官为例，我们可以从人的组织里的任何一部分（包括一根头发、一片皮肤等），通过基因编辑形成与人体内器官相似的细胞组织，这个细胞组织具备了组织记忆、自我组装、重现组织器官结构的能力，使类器官成为生物医学研究很好的体外模型。这样一来，临床试验或将不需要通过小鼠模型，这将对精准医学产生非常巨大的影响。

功能上，类器官不但可以针对新药开发建立一系列模型，开展有效的毒性测试，而且也能通过再生医学所产生的细胞组织，精准开展体内的疾病诊治。此外，类器官也可以做活体样本以供研究使用，避免了样本经传统存储方式所带来的的成本高、浪费过多等问题。

比如，甲状腺激素对胚胎生长发育的影响较大。如果能在体外经组织解离后构建一个甲状腺类器官模型，打回到老鼠的肾脏里，就能和甲状腺器官一样产生有功能的组织细胞，通过该模型我们可以做很多相关的基础研究。

再比如，与人体呼吸系统相关的疾病有很多。因此，我们也迫切需要建立成熟的肺类器官模型，该模型包括肺泡组织、气道组织等，这将为呼吸道疾病的精准医学的开拓打下很好基础。

肿瘤及其环境的异质性使得药物研发具有很大挑战。因此，现阶段我们实验室的团队通过基因编辑做了人肝母细胞瘤类器官构建，通过该模型可以测试现有的药物对肿瘤的影响；同时，我们也有肠道息肉类器官的建立与应用，该类器官高度保存了来源息肉的形态和分子病理特征，对肠癌的提早防治起到重要预警作用。

我们还用类器官来进行病毒传播风险以及致病机制的研究，《自然》杂志高亮关注我们这个全球第一个使用人源类器官来研究新冠病毒感染和损伤肝脏的分子机制。这一研究对通过类器官发现其它传染病的感染机制也很有帮助，属于公共卫生预防的范畴。

第一财经：您认为，国内目前有哪些值得进一步探索的生物材料、以及生物材料的相关工艺、调控方法？

林鑫华：高分子材料（由相对分子质量较高的化合物构成）的应用场景会非常多。尤其是再生医学领域的类器官，一些3D打印过程中，高分子材料作为基础材料都是比较缺乏的。目前有的小鼠实验中基于肿瘤研究的材料较为薄弱。在材料性能上都不能真正符合临床应用标准，因此，高分子材料、化学材料、人工材料的的结合还是非常具有前景的。

另一层面来说，材料在工艺上的突破，主要是要满足工程化的需求。再以3D打印为例，打印过程中，材料的硬度、弹性度是否达到预期，材料的可塑性能否实现；一个类器官形成时，材料是否能满足细胞各种各样的结构和形态，生物细胞能否在这些材料中生长，生物材料和高分子材料是否会产生互作等都需要考虑。

第一财经：从学科角度，生命科学与数学、物理、化学等相辅相成、交叉融合。您如何理解跨学科的交叉学习？

林鑫华：生命科学本身就是一个多学科的整合。其中，数学是生物统计、大数据的基础，物理是机械元件应用、光学技术等的基础，化学则是材料、分子互作的基础；生命科学是将这些基础内容都结合在一起来解析生命现象的本质，并且为精准医学下的疾病判断、药物开发、卫生预防服务，这就又回到了我们工作的原点。

以我们复旦大学生命科学学院为例，学科布局上，除了早期设立的遗传学和遗传工程系、生态与进化生物学系外，我们调整了6个院系，包括生物化学与生物物理学系、微生物学和免疫学系、生理学和神经生物学系、计算生物学系、人类遗传学与人类学系、细胞和发育生物学系；这也是为了应对社会需求、科技发展而做出的学科调整，通过学科的布局，来产生新的文化体系，同时使得学科之间的互作产生新的成果，来为社会服务。

目前国内的交叉学科建设仍然相对薄弱，绝大部分人才和专家都是在自身的领域内做得很好；对于管理者来说，需要强有力的整合的能力，将这些在自身领域做得足够优秀的人才和专家融合协同起来；但作为科学家的人才和专家，他本身的学科造诣、成就还是需要基础及转化研究来实现。如果科学家的成果可以得到更多人的认可，为更多人群乃至全社会服务，那才是最终目的。