將蛋白質(zhì)組大數(shù)據(jù)與人工智能相結(jié)合，致力于開發(fā)基于蛋白質(zhì)組和其他分子組學的輔助臨床診斷新方法，以期實現(xiàn)腫瘤等人類重大疾病的精準輔助診斷……由西湖大學郭天南實驗室提供核心技術(shù)，近日，西湖歐米（杭州）生物科技有限公司獲得數(shù)千萬元種子輪融資。

據(jù)了解，西湖歐米有望實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化的首個項目，是基于蛋白質(zhì)標志物的甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性診斷。

西湖大學生命科學學院特聘研究員郭天南介紹道，蛋白質(zhì)組學是繼基因組學、轉(zhuǎn)錄組學后人類對生命活動奧秘探究的又一突破。人類的幾乎所有生命活動都是由人體內(nèi)的蛋白質(zhì)執(zhí)行的，疾病治療的效果也取決于蛋白質(zhì)機器的調(diào)控。蛋白質(zhì)組學+AI技術(shù)的運用場景，將遠不止于甲狀腺結(jié)節(jié)。

為蛋白質(zhì)稱重 捕捉細微變化

人們在吞咽的時候，頸部隨著吞咽動作上下活動的器官即甲狀腺。甲狀腺雖小，一發(fā)生病變或?qū)⑿纬杉谞钕俳Y(jié)節(jié)，導致頸部有腫物、疼痛以及甲狀腺功能減退癥。

早在2010年，中華醫(yī)學會內(nèi)分泌學分會曾公布中國首次十城市社區(qū)居民的甲狀腺疾病流行病學調(diào)查結(jié)果，顯示居民甲狀腺結(jié)節(jié)患病率為18.6%。

“按此估測，如今每5個成年人中就可能有1人患有甲狀腺結(jié)節(jié)?！惫炷辖榻B，相關(guān)臨床調(diào)查顯示，約有60%的甲狀腺結(jié)節(jié)呈良性，10%呈惡性，剩下約30%，無論通過血液檢測、B超、CT還是甲狀腺組織穿刺活檢，均難以辨別良性還是惡性。

“治療甲狀腺結(jié)節(jié)，很多人不得不選擇切除甲狀腺，代價是終身服藥補充甲狀腺素，以維持體內(nèi)的甲狀腺激素在正常水平。但其中相當一部分人，患有的實際上為良性結(jié)節(jié)。”郭天南表示，科學家們曾寄希望于基因檢測，來解決這一難題，但經(jīng)過十幾年的嘗試發(fā)現(xiàn)，基因診斷能夠達到的特異性也僅在10%~50%左右，主要是因為甲狀腺結(jié)節(jié)惡性程度低等原因，基因水平上的改變并不頻繁、也不明顯。

據(jù)介紹，一個人從生到死，從健康到疾病，絕大多數(shù)情況下基因都是不變的。但在不同健康狀態(tài)下，人體內(nèi)的蛋白質(zhì)會發(fā)生變化。郭天南實驗室選擇從“蛋白質(zhì)”入手，開展診斷疾病的技術(shù)研究。難點在于，這種變化非常細微，怎么才能檢測到？

郭天南說，所有的蛋白質(zhì)，即使肉眼能看到，因其復雜的結(jié)構(gòu)也很難準確辨識。“我們通過測量它的重量，來鑒定、區(qū)分不同的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)稱重的這桿‘秤’叫質(zhì)譜儀，我們使用的質(zhì)譜儀可以達到約小數(shù)點后30位（kg）的精度?！?/p>

“將蛋白質(zhì)稱重是第一步，還不足以實現(xiàn)對甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性辨別。兩種蛋白質(zhì)的差別是由質(zhì)譜數(shù)據(jù)中眾多因素的復雜關(guān)系所決定的，是一個模式識別問題?！蔽骱髮W工學院李子青教授強調(diào)。

研究團隊構(gòu)建算法模型將2622個蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)進行了約2的1019次方的運算，再將篩選的20個關(guān)鍵蛋白進行良惡性的打分。受訪者供圖

設(shè)置算法評分? 準確率達89%

在西湖大學工學院李子青教授看來，從甲狀腺結(jié)節(jié)質(zhì)譜大數(shù)據(jù)中鑒別其良惡性，就像從一張圖像中辨識 “兩張”長像類似的人臉。

他帶領(lǐng)研究團隊采用機器學習的方法，從原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)中選擇出2622個有意義的候選特征蛋白質(zhì)，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建了一套適用于蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)的獨特算法模型，將2622個蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)輸入了這個模型，進行了大約2的1019次方的運算，終于找出了能夠幫助醫(yī)生辨別患者結(jié)節(jié)良惡性的20個關(guān)鍵蛋白。

李子青介紹，用這套模型，研究人員給這20個蛋白的總體情況打分（分值在0-1之間）：當綜合得分大于等于0.5，即為惡性結(jié)節(jié)；小于0.5，就是良性結(jié)節(jié)。臨床試驗顯示，這種檢測方法的綜合準確率達到了89%。

“這項技術(shù)還可以用來篩選治療腫瘤的藥物?！惫炷险f，電影《我不是藥神》提到白血病中有一類叫慢性髓系白血病，幾乎90%的這類患者體內(nèi)都會出現(xiàn)一個特殊的融合蛋白BCR-ABL，科學家找到“伊馬替尼”這種藥，可以有效抑制這個融合蛋白的功能，有效率可以達到90%以上。

郭天南說，研究表明，每個腫瘤都可能有一個或多個這樣的引起疾病的異常蛋白，并且還可能隨著疾病的演進出現(xiàn)改變。如果能通過蛋白質(zhì)組學+AI技術(shù)，實時找到當前疾病階段的異常蛋白，就能實現(xiàn)“對癥下藥”。相信隨著分子醫(yī)學、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展，蛋白質(zhì)組學在精準醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⒄故境鲈絹碓酱蟮膽?yīng)用潛力。

來源: 科技日報