英國生物資料庫領軍邁入精準醫學

長庚大學教授 林口長庚醫院 婦產部主治醫師 王子豪

 

 

 

2018年10月Nature刊登了兩篇指標性的文章,用大規模的英國生物資料庫(UK Biobank) 50萬人的數據,不但強調基因體學(genomics)和表型體學(phenomics)的結合, 更是整合人類生命資訊的大量、異質性數據,來獲得對疾病機制的了解。更值得一提的是,英國生物資料庫不僅提供給英國人,還公開給全世界學術人士使用,至今已有八千多位學者登錄使用,進行著796個登錄的研究計劃(延伸閱讀一)。英國展現這樣的學術實力和數據分享的慷慨義舉,堪稱足以領軍邁入精準醫學。

 

Bycroft et al. (延伸閱讀二) 整理了整個英國生物資料庫現有和計劃要收集的數據 (下圖):(1) 利用Affymetrix Axiom平台的基因晶片來獲得50萬人的基因型雖然數目龐大,但是比起獲得其他各種體學數據,獲得每個參與者SNP變異的數據可能還是整個前瞻型精準醫學計劃中最簡單的 (延伸閱讀三);(2)每個參與者都要填寫鉅細糜遺的問卷;(3)接受各種影像學的檢查,包括核磁共振和X光;(4)每個參與者的數據都要連結到電子健康紀錄(EHR)、死亡登錄和癌症登錄; (5)參與者的日常活動、體能鍛煉、和心肺功能都可以利用穿戴式器具來遠距收集;(6)分析各種體液可能產出基因體和生化的生物標記,尤其是利用蛋白質體學和代謝體學分析;和(7)其他人體的各種測量。上述這些不同來源的各項數據和資訊,正是精準醫學要整合分析的範疇。在Bycroft 的報告中,只有人體和微生物互動的總體基因體學(metagenomics)尚未被提到,雖然總體基因體學也是精準醫學的一個重要學門(請參見:2018-2-262018-3-12的新知分享)。

圖1

英國的生物資料庫不只是基因型資料庫,同時也整合各種表型(phenotypes)數據,例如大腦的影像學數據。有些影像學表型(image-derived phenotypes, IDPs)甚至包括了各層次的詳細核磁共振影像:結構核磁共振影像(structural MRI)、功能核磁共振影像(task-based functional MRI, fMRI)、可以用來顯示結構連接性(structural connectivity)的擴散核磁共振影像(diffusion MRI, dMRI)。Elliott et al.就是利用英國生物資料庫中3,144位有詳細核磁共振影像學資料的個案(延伸閱讀四),經由分析影像學的ICVF (intracellular volume fraction)參數,檢定出rs67827860 (位於VCAN基因的intron) 和大腦白質的軸突內水份有關(下圖a, b )。雖然這篇文章中, 有許多腦部MRI的專業知識,我們只能請教影像學專家才說得清楚;但這個研究對我們的啟發,在於它是把詳細、精密的腦部影像學資料納入全表型體學關連研究(Phenome-wide association study, PheWAS)的一個典範(下圖c),因為這些和前腦白質相關的dMRI IDPs和一群基因的SNP有高度相關, 而這群基因主要的功能在於建構細胞外間質(extracellular matrix, ECM)和上皮生長因子的訊息傳遞系統(EGF signaling);這群基因也和導致多發性硬化症、中風、憂鬱症、肌萎縮側索硬化症有關。

圖二

誠如Vanderbilt Genetics Institute的遺傳學家Nancy Cox有感而發:全世界的學術界慶幸能使用英國生物資料庫資料之餘,應該亟思分享自己單位的資料來努力趕上英國這樣的慷慨義舉 (延伸閱讀三)。

 

延伸閱讀:

  1. Crowd screen- Precision medicine relies on studies that track huge numbers of people. Nature (2018) 562: 163-164.
  2. Bycroft C et al. The UK Biobank resource with deep phenotyping and genomic data. Nature (2018) 562: 203-209.
  3. Cox N. Biobank for the masses. Nature (2018) 562: 194-195.
  4. Elliot LT et al. Genome-wide association studies of brain imaging phenotypes in UK Biobank. Nature (2018) 562: 210-216.

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