生物数学学报
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生物大数据及人工智能促进肿瘤诊断与治疗创新

生物大数据和人工智能的时代已经到来。人工智能在生物大数据领域的参与度不断提升,促进了医疗健康的进步和发展。相比人脑,人工智能的优越性在于可更高效地处理海量数据,迅速找到一些特征和规律;还可以利用庞大的医学知识库和数据库,建立医生临床辅助决策系统,帮助医生进行疾病诊断和治疗。

在从事消化系统疾病的临床诊疗和研究工作30余年后,复旦大学附属华山医院消化内科主任兼复旦大学消化疾病研究所所长、复旦大学生物医学研究院双聘PI 刘杰教授近几年感受最深的是,他的研究工作已经与生物大数据和人工智能技术密不可分,为临床诊疗带来更多新的策略:基于最新的科研进展建立恶性肿瘤诊疗的系列新方法,包括液体活检肿瘤无创诊断技术,用于肿瘤的诊断和复发监控;通过人工智能技术结合PDX 模型等设计肿瘤精准治疗方案;建立第四代针对实体瘤的分泌型CART 技术,为实体瘤免疫治疗提供手段;开展了基于人工智能的肿瘤个体化新抗原疫苗研究,通过人工智能深度学习算法挖掘新抗原信息,合成特异的新抗原,制成疫苗可注射到对应患者体内,刺激其体内特异的针对新抗原的免疫反应。日前,刘杰教授从生物大数据及人工智能在肿瘤诊疗应用的角度,介绍了相关研究结果。

制定防治策略应从癌症本质出发

2018 年9 月12 日,Bray F, Ferlay J 等在CA:肿瘤临床医师杂志(CA:Cancer J Clin)发表了一篇最新的全球癌症统计报告,主要分析了2018年各种癌症的发病率和致死率。这项研究通过对185 个国家的研究,着重分析了全球肿瘤发病和致死的地理性差异。研究估计,2018 年全球范围内将有1810 万癌症新发病例和960 万癌症死亡病例。全球范围内发病率和死亡率排名前10 位的癌症数据显示,肺癌是最常见的癌症类型(占所有癌症的11.6%),也是癌症死亡的主要原因(占癌症总死亡率的18.4%)。女性乳腺癌(11.6%)、结直肠癌(10.2%)、前列腺癌(7.1%)的发病率最高;结直肠癌(9.2%)、胃癌(8.2%)和肝癌(8.2%)死亡率最高。

该杂志在2015 年报道的全球2012 年并结合中国2011 年数据显示,世界每年新发病例数为1400 万,死亡病例数为800 万。2012 年全球癌症统计报告显示,每年癌症新发病例约1400 万,死亡约800 万,女性发病率最高的癌症为乳腺癌,男性最高发的癌症为肺癌。我国每年新发病例337 万例,肺癌、女性乳腺癌、胃癌、结直肠癌、食管癌、宫颈癌、子宫肿瘤、胰腺癌、卵巢癌等约占75%,死亡211 万例;肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、结直肠癌、女性乳腺癌、胰腺癌、脑瘤、宫颈癌、白血病等占84%。短短五六年间,癌症的发病率和死亡率都出现了大幅攀升。

□刘杰:癌症发生的根本原因是免疫失衡

癌症的根源在哪里?刘杰教授介绍,2017 年11月CA:Cancer J Clin杂志报道,77%的癌症根源在于不良生活方式,而遗传因素和环境因素只占到24%和9%。生活方式导致癌症的主要危险因素主要包括以下几个方面:一是吸烟,19.0%的癌症发病和29%的癌症死亡与吸烟有关;二是肥胖,7.8%的癌症发病和6.5%的癌症死亡与肥胖有关;三是饮酒,5.6%的癌症发病和4%的癌症死亡与饮酒有关;四是紫外线辐射,4.7%的癌症发病和1.5%的癌症死亡与紫外线辐射有关;五是缺乏锻炼,2.9%的癌症发病和2.2%的癌症死亡与缺乏锻炼有关;六是缺乏水果蔬菜,1.9%的癌症发病与缺乏水果蔬菜有关;七是缺乏膳食纤维;0.9%的癌症发病与缺乏膳食纤维有关;八是缺钙,0.4%的癌症发病与缺钙有关。

刘杰教授近几年出门诊时经常接诊由不良生活方式导致癌症的20 多岁年轻患者。举两个例子,病例一:21 岁女性患者为胃窦低分化印戒细胞癌伴巨大溃疡,问病史得知其家庭条件优裕,从十几岁开始,大量摄入方便面、各种膨化食品,每天不喝白开水,只喝饮料。病例二:男性,28 岁,某财富公司HR。4 天前出现全身乏力,胃纳减少,易饱腹,无腹痛,排便异常。到院就诊,实验室检查显示,中度贫血,轻度肝酶异常,无黄疸。肿瘤标志物水平:血清中癌胚抗原(CEA)升高(>1000μg/L),CA199 水平升高(706.3 U/mL)。结肠镜检查提示,横结肠癌伴肠腔狭窄。病理提示,(横结肠)粘液腺癌(判定标准:当CEA 水平>5μg/L,CA199 水平>37 U/mL,CA724 水平>6.9 U/mL 时检测视为阳性)。PET/CT 提示,横结肠局部肠壁明显增厚并FDG 摄取增高(SUVmax=10.5)。根据检查结果考虑为恶性肿瘤伴周围浸润,结肠癌可能大。肝弥漫性转移(SUVmax=6.7)、腹膜广泛种植转移(SUVmax=1.9)、全身多发骨转移(SUVmax=6.7)可能大;腹盆腔积液。初步诊断为横结肠粘液腺癌伴肝、腹壁、骨多发转移。