AI for science，一滴血提前15年預(yù)知癡呆風(fēng)險！我國科學(xué)家有新發(fā)現(xiàn)

你能想象僅憑一滴血的檢測化驗，就能知道患上癡呆癥的風(fēng)險有多高嗎？通過血漿的蛋白檢測，人類可提前15年預(yù)知癡呆發(fā)病風(fēng)險。不久的將來，人們從血檢報告單上，就能提前知道有多大幾率患上癡呆癥。

近日，復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊采用大規(guī)模蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)和人工智能算法，發(fā)現(xiàn)了預(yù)測未來癡呆風(fēng)險的重要血漿生物標(biāo)志物，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·衰老》（Nature Aging）。《自然》主刊評價這項研究“標(biāo)志著向能在早期無癥狀階段檢測阿爾茨海默病及其他類型癡呆的血液檢測方法邁進(jìn)了一步。”

圖片來源：復(fù)旦大學(xué)微信公眾號

值得一提的是，這一研究運用AI for science（注：人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究，下文簡稱AI4S），對1463種血漿蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和建模，挖掘出對癡呆患病風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測的關(guān)鍵生物標(biāo)志物，為疾病的早干預(yù)早治療提供了可能。

AI4S如何助力腦疾病早期監(jiān)測？

以阿爾茨海默病為代表的癡呆癥患者及其家庭在心理、體力和經(jīng)濟(jì)上承受巨大壓力。研究人員指出，在患者臨床癥狀出現(xiàn)前，存在數(shù)年甚至數(shù)十年的隱匿期?；颊咴缙诒憩F(xiàn)常常與正常衰老相混淆，而當(dāng)患者出現(xiàn)顯著認(rèn)知行為障礙、前往醫(yī)院就診時，疾病往往已經(jīng)進(jìn)展至中晚期，錯過了干預(yù)的最佳時期。

目前對癡呆沒有有效的治療方法，積極推動癡呆早期識別，從而實現(xiàn)早期干預(yù)、早期治療是降低疾病負(fù)擔(dān)的關(guān)鍵。2023年4月，郁金泰教授團(tuán)隊在《自然》子刊《自然·人類行為》上發(fā)表的研究論文指出，生活方式、病史和社會經(jīng)濟(jì)地位與大多數(shù)癡呆癥有關(guān)，估計高達(dá)47.0%–72.6%的癡呆癥病例是可以預(yù)防的，良好的居住環(huán)境、生活方式、身體指標(biāo)，減少共患病和改善社會經(jīng)濟(jì)狀況可以減輕遺傳帶來的癡呆癥風(fēng)險。

立足AI4S，采用迄今為止全球最大規(guī)模的基于社區(qū)隊列的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)和人工智能算法，復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院馮建峰教授/程煒研究員團(tuán)隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院郁金泰教授團(tuán)隊展開聯(lián)合攻關(guān)。

馮建峰介紹道，與以往類似研究使用采用的小樣本量橫斷面設(shè)計不同，該研究運用大樣本、長時間的縱向數(shù)據(jù)，從中提煉有用的模式、趨勢和關(guān)聯(lián)信息，用數(shù)據(jù)“說話”?！拔覀兊难芯刻峁┝艘粋€很好的AI4S的研究范例，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的思想，我們構(gòu)建出高精度的癡呆風(fēng)險預(yù)測模型，這是理工醫(yī)交叉融合的突破進(jìn)展，對推動精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展具有重要意義?！瘪T建峰說。

團(tuán)隊基于大樣本隊列數(shù)據(jù)，對52645名非癡呆社區(qū)人群進(jìn)行了平均超14年的追蹤隨訪，其中1417位參與者被診斷為新發(fā)全因癡呆（ACD）、691名患者被診斷為新發(fā)阿爾茨海默?。ˋD）、285名患者被診斷為新發(fā)血管性癡呆（VaD）。通過分析1463種血漿蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了對癡呆預(yù)測極具價值的血漿生物標(biāo)志物。

研究團(tuán)隊表示，經(jīng)過模型分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析，GFAP、NEFL和GDF15這三個血漿蛋白質(zhì)始終與新發(fā)ACD、AD和VaD的風(fēng)險關(guān)聯(lián)最顯著。對不同血漿蛋白水平與疾病臨床進(jìn)展風(fēng)險間關(guān)聯(lián)的分析發(fā)現(xiàn)，基線GFAP、NEFL或GDF15水平較高的受試者未來患癡呆的風(fēng)險大大增加。例如，GFAP基線水平較高的人未來患癡呆的幾率是GFAP基線水平較低者的2.32倍。

價格低廉、方便無創(chuàng)

精度提高到90%

“檢測腦疾病通常很困難。由于腰穿檢查是有創(chuàng)的，影像學(xué)檢查價格昂貴，相關(guān)技術(shù)的臨床實施也受到場地等限制，難以普及。血液學(xué)檢測方便無創(chuàng)、價格低廉，可作為臨床前階段對廣大人群進(jìn)行早期風(fēng)險篩查的理想工具。”程煒解釋。

郁金泰說，“這次發(fā)現(xiàn)的重要血漿生物標(biāo)志物，為血液學(xué)檢測從研究到臨床的過渡提供新的理論基礎(chǔ)。而且我們這次發(fā)現(xiàn)的血檢指標(biāo)更加簡便、易獲取、易于普及，無論是短期癡呆發(fā)病風(fēng)險還是十余年后的癡呆發(fā)病風(fēng)險，都能做到很好地預(yù)測?！?/p>

據(jù)介紹，此項研究可提前15年預(yù)測癡呆發(fā)病風(fēng)險且精度突破90%?！斑@表明蛋白質(zhì)組學(xué)在腦疾病早期精準(zhǔn)識別和干預(yù)中可發(fā)揮重要作用，為未來腦疾病研究提供了新思路。”程煒說，通過驗血，就有望輔助臨床醫(yī)生盡早識別癡呆高?；颊?，盡早干預(yù)，提高病人的生活質(zhì)量。

半年后有望用于普通百姓檢測

這項發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用，距離普通民眾還有多遠(yuǎn)？據(jù)介紹，研究人員正在與公司進(jìn)行商業(yè)化洽談，目標(biāo)是把這種目前成本高達(dá)數(shù)百英鎊的檢測變得更加可及，有望半年后應(yīng)用到臨床檢測，篩查出高危人群。這為早干預(yù)，延緩甚至消除阻礙病癥的發(fā)展提供了可能。

研究團(tuán)隊透露，部分體檢醫(yī)療機(jī)構(gòu)已主動與團(tuán)隊取得聯(lián)系，探討將相關(guān)檢測加入體檢項目的可能性。下一步將圍繞我國癡呆風(fēng)險人群隊列開展數(shù)據(jù)采集和交叉驗證，對相關(guān)數(shù)據(jù)作出矯正，開發(fā)出最適合我國人群的癡呆風(fēng)險預(yù)測數(shù)據(jù)模型。

復(fù)旦大學(xué)這支由頂尖腦科學(xué)、人工智能、神經(jīng)醫(yī)學(xué)專家組成的跨學(xué)科團(tuán)隊在2021年就已組建，并在相關(guān)領(lǐng)域聯(lián)合發(fā)表了十余篇頂刊文章。他們早期構(gòu)建的全表型癡呆預(yù)測模型已做到提前10年預(yù)測發(fā)病風(fēng)險，精度達(dá)85%，這次的研究將預(yù)測年限提前到發(fā)病前15年，預(yù)測精度突破90%。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球目前有超過5500萬人患有癡呆癥，預(yù)計這一數(shù)字到2030年將達(dá)到7800萬。所有癡呆癥中約70%是由阿爾茨海默病引起的，其中由血管損傷引起的血管性癡呆占病例的20%。

來源：新華社（記者：吳振東）、復(fù)旦大學(xué)微信公眾號、第一財經(jīng)資訊、“生物世界”微信公眾號