“我們的免疫圖譜已經記錄了12.6億種不同細胞和蛋白質之間的1802億種關系,對免疫相關的互作關系和調控網絡進行了深度的刻畫,這將為免疫相關疾病的全新靶點發現和藥物設計帶來關鍵的能力支撐。”在7月17日舉辦的“2022中國醫院協會健康醫療大數據應用管理專業委員會學術年會”上,百圖生科副總裁周達談到該公司所構建的“免疫圖譜”時如數家珍。
“圖譜”是數據科學和人工智能時代研究復雜問題的新范式,通過將原本散落在不同研究、實驗、專家的知識匯集起來,并基于人工智能算法進行誤差消除、去重去歧,形成統一的知識體系。“圖譜”可以有效地將多次重復的“大海撈針”,變成群策群力的“按圖索驥”,已經大大提高了知識、金融等領域的決策效率。
近年來,圖譜熱潮開始進入生命科學領域,生物問題的復雜度、異構性都是圖譜技術的用武之地。但生命科學行業的高質量數據稀缺、結構化數據少、數據生產和處理成本高昂、數據批次效應和誤差帶來的數據融合阻礙、關系抽提需要的龐大生物計算和專業實驗驗證能力等問題,使得生命科學圖譜較之其他行業的圖譜仍然規模偏小,主流規模一般在數億到數十億的關系級別。
在2021年5月舉辦的首屆中國生物計算大會上,由百度創始人李彥宏所創立的生物計算平臺公司百圖生科發起設立了“免疫圖譜卓越計劃”,希望基于其自身的底層AI能力、高通量生物實驗能力,與國內外的免疫研究專家、藥物開發專家、臨床專家共同開展一批免疫圖譜相關的研究項目,聯合打造國際領先的“免疫圖譜”。據介紹,這一計劃在過去一年中已與包括北京大學腫瘤醫院季加孚院長、中國醫學科學院腫瘤醫院劉芝華副院長等在內的多個團隊發起了20余個聯合研究項目、完成了10余個關鍵技術模塊構建,形成了上述1802億關系規模的世界最大免疫圖譜,并賦能了一批中國特色免疫相關疾病的科學研究。預計當前聯合研究項目全部完成后,圖譜規模將超過3000億,并且通過即將推出的升級版卓越開發者計劃陸續合作上百家研發機構,圖譜規模將擴展到上萬億,成為計算免疫學研究領域的關鍵基礎設施之一。
【頂級專家領銜,生物計算引擎助力】
免疫圖譜的背后,離不開業內頂級專家的指導和幫助。百圖生科的卓越計劃,得到了20余位國內外院士、會士、權威學者作為公司顧問的大力支持,其中,著名分子腫瘤學家、中國工程院醫藥衛生學部副主任、 北京大學原常務副校長、醫學部原主任詹啟敏院士出任了百圖生科科學顧問委員會主席,指導免疫圖譜的疾病與科學策略制定;著名免疫學專家、上海免疫治療創新研究院院長、清華大學原醫學院院長董晨院士出任了百圖生科免疫專家委員會主席,指導免疫機理和先進免疫技術的創新研究;世界生物信息學權威、哈佛大學計算生物學中心的創始主任、R語言發明人RobertGentleman教授出任了百圖生科計算生物學領域的首席顧問,為多組學數據挖掘提供前瞻性的指導;上海市免疫學研究所所長蘇冰教授、清華大學免疫學研究所執行所長胡小玉教授等多位免疫學界的著名學者,更為免疫圖譜的專業規劃帶來了強大的力量。
如此多權威專家的支持,也從一個側面反映出行業對于免疫圖譜的期待。用董晨院士的話來說: “百圖生科在做一件偉大的事業,在嘗試解碼人體復雜的免疫系統,并試圖按照這個邏輯來治病救人。這是一個前無古人的進軍。” 免疫系統的復雜性,一直是制約免疫疾病機理研究、免疫靶點發現、免疫藥物設計的核心挑戰,而腫瘤、自身免疫疾病等多種不同疾病在免疫機理上的相通性、多種免疫細胞的邏輯關聯性,又讓行業對融合大規模免疫圖譜、建模復雜免疫系統有良好的期待。正如董晨院士所說:“我們積聚了人類最強大腦和最強的運算機器、算法,我相信,我們一定會成功解碼免疫、解碼疾病、解碼人體。”
百圖生科的免疫圖譜,以自主開發的先進生物計算引擎、從海量公開數據中提取知識作為底層基礎。據百圖生科副總裁、曾經擔任百度主任架構師的阮星華介紹,公司基于百度云底層能力所建設的大規模生物超算中心,利用搜索引擎級別的技術架構,實現了對行業數據的全量抓取、對論文等非結構化數據的知識提取、對大規模生物信息的高速計算和降噪處理,構建了大規模的基礎圖譜。在此基礎上,百圖生科通過自建的細胞視覺、基因編輯、蛋白質互作篩選和讀寫等高通量實驗能力,在濕實驗中進行查漏補缺、歧義消除、實驗驗證,進一步提升了對不同來源的公開數據的融合和推理效果,產生了大量新增的免疫調控和蛋白質關系,為卓越計劃伙伴帶來了新的技術能力。
【一流合作者云集,廣泛覆蓋中國高發免疫相關疾病】
據了解,“卓越計劃”自發布以來,受到業界的廣泛關注,吸引了來自國內外一流科研院所的上百個項目團隊申報。截止目前,百圖生科已與北京大學、清華大學、西湖大學、北京協和醫院、北京大學腫瘤醫院,中國醫學科學院腫瘤醫院、北京大學人民醫院、北京大學第三醫院等多家機構達成了20余個合作項目。
北京大學腫瘤醫院是國內腫瘤科研和診治的重鎮,在多種中國常見腫瘤診治方面居國內領先、國際先進水平,作為組長單位參與了胃癌診療規范的制訂。在談及與百圖生科合作開展的胃癌免疫耐藥研究項目時,北京大學腫瘤醫院院長、國際胃癌學會(IGCA)主席季加孚教授表示,在“健康中國2030規劃”中,國家設定了到2022年和2030年,總體癌癥5年生存率分別不低于 43.3%和46.6%的行動目標。胃癌作為國人高發的癌腫之一,尋找更加有效的治療藥物對于提升病人生存質量,延長存活時間都至關重要,“卓越計劃”這樣的落地形式非常好,集學界行業之力,沉淀免疫圖譜,助力當下和未來的藥物研發。
中國醫學科學院腫瘤醫院是亞洲地區最大的腫瘤防治研究中心,設有分子腫瘤學國家重點實驗室等權威研究機構。與百圖生科合作進行的食管鱗癌免疫研究項目,是在醫院優勢積累全球最大規模的食管癌圖譜上的進一步研究。據醫院副院長、國家重點實驗室主任劉芝華教授介紹,目前食管鱗癌的治療方法非常有限,免疫治療是近20年來食管癌領域最為重要的突破,已成為食管癌一線治療中不可或缺的選擇。充分考慮亞洲食管鱗癌患者的特點差異和既往治療的傾向性,百圖生科致力于為國人定制更加貼合本土臨床實踐的“中國方案”,可以更有效地提升藥物反應率和延長存活時間,通過這樣的臨床研究,可以更好地指導我國食管癌的臨床實踐,同時為開發具有全新免疫調控機制的創新藥物奠定基礎。
據百圖生科副總裁、曾在《Nature》上發表5篇論文和參與數十個藥物臨床研究項目的靶點發現專家蔣昭實博士介紹,卓越計劃合作項目的選擇考慮了對各類免疫相關疾病的廣泛覆蓋,以打破疾病表型的分野,在人體免疫系統的尺度上建立系統認知,為改善當前免疫療法的總體反應率不高、副作用大等問題帶來突破。同時,將更多資源傾斜到中國特色、高發、疑難病種,第一批項目中包括胃癌、肝癌、食管癌等中國特異高發消化道腫瘤的免疫機理研究,肺癌、胰腺癌、宮頸癌等中國高發腫瘤的新一代免疫靶點探索,也覆蓋了類風濕性關節炎、潰瘍性結腸炎、系統性紅斑狼瘡、多發性硬化癥等一批中國發病比例最高的自身免疫性疾病,和與免疫高度相關的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)等纖維化疾病。
【加速成果產出與轉化,為等待中的患者跑出新的加速度】
雖然免疫圖譜的構建是個長期過程,很多合作項目也仍然處在研究階段,但據百圖生科的部分合作研究者介紹,一些項目已經取得了一些喜人的早期發現進展,證明了計算免疫研究的未來潛力。
中華醫學會風濕病學分會副主任委員徐滬濟教授是第一位擔任國際風濕免疫疾病權威刊物編委的中國學者,他與百圖生科合作的項目致力于對一些特色自身免疫疾病進行機理研究。自身免疫病發病率高、致殘率高、治療費用高,導致這三高的根本原因是多數自身免疫病的致病機理不清,因此,致病機理的剖析將為早期診斷和新的治療靶點發現,乃至最終戰勝該類疾病起到關鍵性推動作用。該項目基于百圖生科的免疫圖譜和單細胞分析平臺,已經取得了一些新的關鍵線索。
另一個正在取得進展的項目與中國免疫學會臨床免疫分會主任委員、北京大學臨床免疫中心主任栗占國教授團隊合作進行,該項目圍繞“類風濕關節炎”展開,致力于系統性、多角度地回答類風濕關節炎與腸道微生物的關聯,這對其疾病機制的理解、診斷和免疫治療都有重要價值。百圖生科的免疫圖譜,特別是在多組學數據分析、系統性關聯挖掘方面,都為栗占國教授團隊的研究帶來了關鍵的支持。
據悉,百圖生科將繼續支持合作伙伴推進現有項目的研發,并即將推出升級版的免疫圖譜“卓越開發者計劃”,面向更多領域的免疫研究者——包括前沿生物技術專家、藥物開發專家和臨床專業團隊,提供百圖生科生物計算引擎的更多能力——包括免疫圖譜分析平臺、單細胞分析平臺、組織特異性靶點研究平臺和免疫功能靶點研究平臺等能力,全力助推免疫疾病靶點的挖掘、驗證、分析工作,并后續提供百圖生科生物計算引擎的大分子藥物設計平臺,為所發現靶點的快速藥物設計賦能。據介紹,百圖生科還將與合作伙伴共同推進后續藥物的商業化開發,從而使更多針對免疫疾病的早期發現加速轉變為實際可用的藥物,為等待中的患者跑出加速度,為未被滿足的臨床需求提供新的治療方案。
