陈科-肿瘤学大数据-现状与未来

肿瘤学大数据：现状与未来？陈科

（中科院北京基因组所）“人工智能与科学发现”交叉论坛中科院物理所M楼2017-04-22人类死亡原因的变迁1900年之前饥饿、战乱1901-1950感染性疾病1951-现在心脑血管疾病、癌症未来神经系统疾病CancerstatisticsinChina,2015Chen,W.,etal.,CancerstatisticsinChina,2015.CACancerJClin,2016.66(2):p.115-32.What’scancer?定义Classificationoftumors分类Cancerprogress过程Mechnisms机理Cancermanagement治疗策略Metastasis主要死因History研究历史Studystrategy研究范式Famousproject全球协作Challenges&Opportunities挑战/机遇Ongoingprecisionmedicine精准医学MedOnline医学共享平台OutlineWhatiscancer?(1/2)癌症是一系列机能紊乱的综合征，不是单一疾病。Whatiscancer?(2/2)不同视角：公众，患者，家属，影像医生，外科医生，病理医生金标准肿瘤分类肿瘤=Tumor（良性、恶性）恶性肿瘤=癌症（Cancer）

上皮来源--癌

间叶来源--肉瘤

淋巴造血--淋巴瘤、白血病

神经组织--胶质瘤OneTumorOneLife肿瘤良恶性区分(diagnosis)

分化 异型性 间变 浸润/转移良性肿瘤 高 小 无 无恶性肿瘤 较差 明显 可有 有

高： 较小者 无 较低 中： 中等 可有 中等 低： 大 可有 高 肿瘤基本过程GenotypeHelleday,T.,S.Eshtad,andS.Nik-Zainal,Mechanismsunderlyingmutationalsignaturesinhumancancers.NatRevGenet,2014.15(9):p.585-98.肿瘤病因1.物理因素2.化学因素3.生物因素4.遗传因素5.免疫因素6.激素因素7.营养因素MechanismsAllroadsleadtoCANCER起源机制转移流行病、病因、机理、诊断、治疗、愈后监测……肿瘤治疗基本策略百人一药(Chemotherary)千人一烧(Radiotherapy)万人一刀(Surgery)Immunotherapy(CTL-A4,PD-L1,CART,TCR-R)VaccinationGenetherapy(CRISPR/Cas9)Stemcell(iPS)Metastasis—主要死因CachexiaCancerevolution:generalprocessYates,L.R.andP.J.Campbell,Evolutionofthecancergenome.NatRevGenet,2012.13(11):p.795-806.TimeBreakthroughMemo1775扫烟囱工人易患阴囊鳞状细胞癌1882首次用根治性乳房切除术治疗乳腺癌1911鸡Rous病毒致癌1966诺贝尔奖1941去势治疗前列腺癌1966诺贝尔奖1950吸烟与肺癌关联1976逆转录病毒插入导致癌基因的激活1989诺贝尔奖1984宫颈癌患者感染HPV16和18型

2008诺贝尔奖2001Imatinib治疗慢性粒细胞性白血病和胃肠道间质瘤2005首个癌症靶向治疗药物Sorafinib上市2006首个针对宫颈癌疫苗Gardasil面市2007癌症患者外周血肿瘤细胞检测仪CellSearch上市2015TCGA10年规划完成：33种癌症基因组学分析完结HistoryofCancerResearchNote:1926寄生虫致癌，后被证明错误。MedicalresearchStricker,S.H.,A.Koferle,andS.Beck,Fromprofilestofunctioninepigenomics.NatRevGenet,2017.18(1):p.51-66.1902传播媒介：按蚊Anopheles1907病原体：疟原虫Plasmodium2015治疗：青蒿素Artemisinine1Malaria,

3NobelPrizes.ICD-10(WHO):>20000diseases;theetiologyof<10%diseasesisclear.Belief肿瘤研究基本范式TumorSuppressorOncogeneLostinPATHWAYS肿瘤研究基本逻辑FamousprojectWaroncancerHGP/1000G/UK10KGWAS/EWAS/PWASICGC/TCGAIARC(WHO)NCI(USA)CancerResearchUK(UK)DKFZ(German)NCCRI(Japan)60Petabyte30%BeyondbigdataCancerepigenomeCancerevolutionCancerstemcellLiquidpathology(CTC,cfDNA)CTLA4/PD-L1CART/TCRTMicrobiotaChallenges&Opportunities(1/3)无奈：最好的外科大夫，也不可能切干净最后一个癌症细胞。Challenges&Opportunities(2/3)共存？Balanced?Challenges&Opportunities(3/3)道教:道生一，一生二，二生三，三生万物。战胜癌症，决不能仅仅依靠医学家和生物学家。在癌症研究领域，任何奇思妙想都值得去尝试。Ongoingprecisionmedicine精准医学医学模式变革医学变革中文名称英文名称支撑1自然医学NaturalMedicine经验2循证医学Evidence-BasedMedicineRCT;指南3精准医学PrecisionMedicine基因组Currentlycancertreatmenttakesupthelargestnumberofcakes&thegenomeisthecornerstoneofPrecisionMedicine.HumanGenomeBases:3.2X10^9Genes:20,000Exons:3%Darkmatter:97%精准医疗的前提—支出20002017基因组测序费用27亿美元1万人民币时间成本13年13天人力成本3000人3-5人Lucas的故事2003ALL白血病2003-2004两年化疗2008化疗后5年复发2008移植弟弟骨髓2011移植3年后复发2011癌症基因组测序：FLT3表达异常刺激癌细胞增殖2012使用只被批准于晚期肾癌新药（Sutent）2017存活LucasD.Wartman,MDAssistantProfessor,Medicine时间表CACancerJClin.

2016Jan;66(1):75-88.doi:10.3322/caac.21329But…Michael的故事——用精准医疗预测糖尿病MichaelSnyderProfessorandChairofGenetics管住嘴迈开腿MedOnline医学共享平台

电脑医生：IBMDr.Watson/smarterplanet/us/en/ibmwatson/health/CIViCCIViCisacommunityknowledgebaseforexpertcrowdsourcingtheclinicalinterpretationofvariantsincancer--NG--2017FebruaryEasyMed癌症不是单一疾病（预防>

治疗）(HPV疫苗:Gardasil,Cervixs2006/2007)癌症开启精准医疗时代三早：早发现、早诊断、早治疗MedOnlineTakehomemessageNotjustsequencing…Data-miningistheBIGproblem.BIG=BeijingInstituteofGenomicsHGP：人类基因组计划30Petabyte，100万亿/秒表观遗传标记（5mC）父系遗传GSA：中国版NCBI,