生物样本库未来发展和研究利用的方向

　　1996年，在PUBMED文献检索中，“生物样本库”一词首度出现，然而生物样本库的历史可以追溯到100年前。当时世界各地的病理机构都储存了各类人体标本。

　　根据Hewitt等人的定义，生物样本库是一种收集、保存、储存和提供生物样本及相关数据的设施，遵循标准化的操作程序，为科学和临床使用提供生物样本及相关数据[1]。然而，随着组学时代的到来, 以及生物信息学、分子成像等生物医学技术的发展，很多大规模、高通量的研究在全球开展，这些研究对生物样本需求的数量和质量不断增加，促进了生物样本库由不成熟、小规模转变为复杂、多方面、大规模的活动[2]，因此在过去的30年中，生物样本库已经从学术研究层面有限的样本收集转变为大规模的国家生物库，例如英国生物样本库（UK Biobank）和欧洲生物和生物分子资源研究基础设施（BBMR）以及美国的癌症基因组图谱（TCGA）项目等。

　　生物样本库可以分为两种类型：基于人群的生物库和基于疾病的生物库。其中最具代表性的人群生物样本库是UK Biobank项目，其启动于2003年，是一项前瞻性队列研究，项目收集了来自英国各地约50万人的深度遗传和表型数据，招募时年龄在40至69岁之间。

　　整个项目通过采集捐赠者丰富的表型和健康相关信息，包括生物测量、生活方式指标、血液和尿液中的生物标记以及身体和大脑成像的数据，描述并集中分析遗传数据，及基因型质量、群体结构属性和遗传数据的相关性，探索人类遗传变异与人类生物学和疾病之间的联系，以及它们与广泛的环境和生活方式因素之间的联系。

　　从2015年起，UK Biobank陆续发表15万捐赠者的基因型数据，至2021年10月，通过研究平台开放45万捐赠者的外显子测序数据，预计也将在2021年底发布全基因组测序(WGS)数据，将向前20万名参与者提供，其余数据预计将在2023年初向所有研究人员提供，这些数据的增加将有助于诊断、预防和治疗一系列疾病，如糖尿病、痴呆、癌症、心血管疾病和传染病[3]。

　　另一方面，为在全球范围内最大程度共享这些数据，UK Biobank不断开发在线资源来共享GWAS发布的数千种表型的结果(http://www.nealelab.is/uk-biobank)和牛津大脑成像遗传学服务器(http://big.stats.ox.ac.uk/)，并于2021年11月推出创新的基于云的研究分析平台，允许获批的研究人员从世界任何地方通过云安全访问和分析整个UK Biobank数据库。这个新的研究分析平台(RAP)，由DNAnexus支持，并由Amazon Web Services (AWS)提供支持，以指数级的方式增加了世界上最大和最全面的生物医学数据库的规模和可访问性。

　　英国生物样本库(UK Biobank)通过大规模人群研究将遗传学与广泛而深入的表型、人群健康记录进行联系和分析，并对外深度开放、共享与合作，体现了生物样本库的标准化、开放式、全球化、信息化、多元化、集约化。

　　TCGA项目就是最具代表性的基于疾病的生物样本库。TCGA项目2006年由美国国家癌症研究所 (NCI) 和国家人类基因组研究所 (NHGRI) 出资建立，初期为神经胶质瘤和卵巢癌的研究，目前已扩展成为拥有33种肿瘤，11000例患者的2.5PT数据量的公共数据资源库，其利用大规模测序为主的基因组分析技术，将microRNA表达、mRNA表达、基因突变、拷贝数变异、甲基化、DNA测序、蛋白质组等与临床诊疗数据结合，通过整合分析深度解析肿瘤的分子机制。

　　TCGA项目将癌症基因组转化成新的靶向治疗方法，如研发出格列卫、赫赛汀、克唑替尼等药物，充分体现了利用大规模临床生物样本库资源可大大加速和推动药物研发和个体化诊疗的进展[4]。

　　此外，胚胎干细胞库、多能诱导干细胞库（iPSC）、PDX/CDX模型库和类器官模型库的建立和应用丰富了生物样本库的类型，使其更加多元化，同时大大缩短了从新基因的发现到将其转化为有临床意义的基因和治疗靶点的时间。

　　除了生物样本库在促进科学发展方面发挥了重要的作用，在隐私和伦理的管理、国家和国际层面的合作共享、以及生物样本本收集、储存和加工的标准化，IT、质量管理体系，以及培训和认证计划以及其本身的可持续性发展等领域都面临着不同的挑战[5]。同时，由于生物样本库对于实现疾病的预测性、预防性和个性化医疗至关重要[2]，它的未来高度依赖于高质量的样本和相关数据的收集，因此标准化、大规模、信息化、多元化的区域库、国家库及国际库联盟是发展的趋势，也是进行数据交换和合作的基础。

　　药物基因组学的发展和人类全基因组测序的成功，使个体化医疗领域取得了进展，基于疾病的生物库在个性化医疗日益重要的今天重要性也日益凸显。此外，所有这些领域的成功和进展都依赖于足够大的生物样本库的存在，因此各国政府、研究机构和生物医药企业越来越重视疾病生物样本库的建设和应用，将其视为发展生物医药领域核心竞争力的战略举措。

　　我国在生物样本库建设方面有着极大的优势，首先是人口基数大，病例资源丰富，有利于快速高效的进行大样本量转化医学研究，其次作为亚洲人群的显著代表之一，临床及生物样本资源对于全球转化医学新成果验证具有重要价值，同时我国的医疗行业管理体制的高效统一，国家从“十三五”建设开始全面、集中部署了人群样本库和各类疾病队列样本库，已形成了不同规模、多元化生物样本库，需要在此基础上进行标准化、信息化、集约化和共享化，加强医研产用多方衔接，形成标准化、信息化、智能化、开放式、共享化、多元化的生物样本库学科和联盟，为我国重病、慢病的标志物检测、个体化医疗、药物研发、大规模队列、病例对照和流行病学调查提供资源，共同研究疾病发病机制、生活方式、环境以及遗传对健康的影响，为早期诊断方法的建立、新药研发、疗效评价、新型诊疗策略等提供资源支撑，对国家制定人口健康政策和保障体系，以及提升国民健康水平均具有重要意义。

　　【参考文献】1. Hewitt, R. and P. Watson, Defining biobank. Biopreserv Biobank, 2013. 11(5): p. 309-15.2. Ginsburg, G.S., T.W. Burke, and P. Febbo, Centralized biorepositories for genetic and genomic research. JAMA, 2008. 299(11): p. 1359-61.3. Backman, J. D. et al. Exome sequencing and analysis of 454,787 UK Biobank participants. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-021-04103-z (2021)4. Zohouri, M. and A. Ghaderi, Biobank; An Essential Infrastructure for the Future of Personalized Medicine. Arch Iran Med, 2020. 23(1): p. 59-60.5. Vaught, J., Biobanking Comes of Age: The Transition to Biospecimen Science. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2016. 56: p. 211-28.

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