从千亿走向万亿：百图生科卓越计划构建世界最大规模的免疫图谱

“我们的免疫图谱已经记录了12.6亿种不同细胞和蛋白质之间的1802亿种关系,对免疫相关的互作关系和调控网络进行了深度的刻画,这将为免疫相关疾病的全新靶点发现和药物设计带来关键的能力支撑。”在7月17日举办的“2022中国医院协会健康医疗大数据应用管理专业委员会学术年会”上,百图生科副总裁周达谈到该公司所构建的“免疫图谱”时如数家珍。

“图谱”是数据科学和人工智能时代研究复杂问题的新范式,通过将原本散落在不同研究、实验、专家的知识汇集起来,并基于人工智能算法进行误差消除、去重去歧,形成统一的知识体系。“图谱”可以有效地将多次重复的“大海捞针”,变成群策群力的“按图索骥”,已经大大提高了知识、 金融 等领域的决策效率。

近年来,图谱热潮开始进入生命科学领域,生物问题的复杂度、异构性都是图谱技术的用武之地。但生命科学行业的高质量数据稀缺、结构化数据少、数据生产和处理成本高昂、数据批次效应和误差带来的数据融合阻碍、关系抽提需要的庞大生物计算和专业实验验证能力等问题,使得生命科学图谱较之其他行业的图谱仍然规模偏小,主流规模一般在数亿到数十亿的关系级别。

在2021年5月举办的首届中国生物计算大会上,由百度创始人李彦宏所创立的生物计算平台公司百图生科发起设立了“免疫图谱卓越计划”,希望基于其自身的底层AI能力、高通量生物实验能力,与国内外的免疫研究专家、药物开发专家、临床专家共同开展一批免疫图谱相关的研究项目,联合打造国际领先的“免疫图谱”。据介绍,这一计划在过去一年中已与包括北京大学肿瘤医院季加孚院长、中国医学科学院肿瘤医院刘芝华副院长等在内的多个团队发起了20余个联合研究项目、完成了10余个关键技术模块构建,形成了上述1802亿关系规模的世界最大免疫图谱,并赋能了一批中国特色免疫相关疾病的科学研究。预计当前联合研究项目全部完成后,图谱规模将超过3000亿,并且通过即将推出的升级版卓越开发者计划陆续合作上百家研发机构,图谱规模将扩展到上万亿,成为计算免疫学研究领域的关键基础设施之一。

【顶级专家领衔,生物计算引擎助力】

免疫图谱的背后,离不开业内顶级专家的指导和帮助。百图生科的卓越计划,得到了20余位国内外院士、会士、权威学者作为公司顾问的大力支持,其中,著名分子肿瘤学家、中国工程院医药卫生学部副主任、 北京大学原常务副校长、医学部原主任詹启敏院士出任了百图生科科学顾问委员会主席,指导免疫图谱的疾病与科学策略制定;著名免疫学专家、上海免疫治疗创新研究院院长、清华大学原医学院院长董晨院士出任了百图生科免疫专家委员会主席,指导免疫机理和先进免疫技术的创新研究;世界生物信息学权威、哈佛大学计算生物学中心的创始主任、R语言发明人RobertGentleman教授出任了百图生科计算生物学领域的首席顾问,为多组学数据挖掘提供前瞻性的指导;上海市免疫学研究所所长苏冰教授、清华大学免疫学研究所执行所长胡小玉教授等多位免疫学界的著名学者,更为免疫图谱的专业规划带来了强大的力量。

如此多权威专家的支持,也从一个侧面反映出行业对于免疫图谱的期待。用董晨院士的话来说: “百图生科在做一件伟大的事业,在尝试解码人体复杂的免疫系统,并试图按照这个逻辑来治病救人。这是一个前无古人的进军。” 免疫系统的复杂性,一直是制约免疫疾病机理研究、免疫靶点发现、免疫药物设计的核心挑战,而肿瘤、自身免疫疾病等多种不同疾病在免疫机理上的相通性、多种免疫细胞的逻辑关联性,又让行业对融合大规模免疫图谱、建模复杂免疫系统有良好的期待。正如董晨院士所说:“我们积聚了人类最强大脑和最强的运算机器、算法,我相信,我们一定会成功解码免疫、解码疾病、解码人体。”

百图生科的免疫图谱,以自主开发的先进生物计算引擎、从海量公开数据中提取知识作为底层基础。据百图生科副总裁、曾经担任百度主任架构师的阮星华介绍,公司基于百度云底层能力所建设的大规模生物超算中心,利用搜索引擎级别的技术架构,实现了对行业数据的全量抓取、对论文等非结构化数据的知识提取、对大规模生物信息的高速计算和降噪处理,构建了大规模的基础图谱。在此基础上,百图生科通过自建的细胞视觉、基因编辑、蛋白质互作筛选和读写等高通量实验能力,在湿实验中进行查漏补缺、歧义消除、实验验证,进一步提升了对不同来源的公开数据的融合和推理效果,产生了大量新增的免疫调控和蛋白质关系,为卓越计划伙伴带来了新的技术能力。

【一流合作者云集,广泛覆盖中国高发免疫相关疾病】

据了解,“卓越计划”自发布以来,受到业界的广泛关注,吸引了来自国内外一流科研院所的上百个项目团队申报。截止目前,百图生科已与北京大学、清华大学、西湖大学、北京协和医院、北京大学肿瘤医院,中国医学科学院肿瘤医院、北京大学人民医院、北京大学第三医院等多家机构达成了20余个合作项目。

北京大学肿瘤医院是国内肿瘤科研和诊治的重镇,在多种中国常见肿瘤诊治方面居国内领先、国际先进水平,作为组长单位参与了胃癌诊疗规范的制订。在谈及与百图生科合作开展的胃癌免疫耐药研究项目时,北京大学肿瘤医院院长、国际胃癌学会(IGCA)主席季加孚教授表示,在“健康中国2030规划”中,国家设定了到2022年和2030年,总体癌症5年生存率分别不低于 43.3%和46.6%的行动目标。胃癌作为国人高发的癌肿之一,寻找更加有效的治疗药物对于提升病人生存质量,延长存活时间都至关重要,“卓越计划”这样的落地形式非常好,集学界行业之力,沉淀免疫图谱,助力当下和未来的药物研发。

中国医学科学院肿瘤医院是亚洲地区最大的肿瘤防治研究中心,设有分子肿瘤学国家重点实验室等权威研究机构。与百图生科合作进行的食管鳞癌免疫研究项目,是在医院优势积累全球最大规模的食管癌图谱上的进一步研究。据医院副院长、国家重点实验室主任刘芝华教授介绍,目前食管鳞癌的治疗方法非常有限,免疫治疗是近20年来食管癌领域最为重要的突破,已成为食管癌一线治疗中不可或缺的选择。充分考虑亚洲食管鳞癌患者的特点差异和既往治疗的倾向性,百图生科致力于为国人定制更加贴合本土临床实践的“中国方案”,可以更有效地提升药物反应率和延长存活时间,通过这样的临床研究,可以更好地指导我国食管癌的临床实践,同时为开发具有全新免疫调控机制的创新药物奠定基础。

据百图生科副总裁、曾在《Nature》上发表5篇论文和参与数十个药物临床研究项目的靶点发现专家蒋昭实博士介绍,卓越计划合作项目的选择考虑了对各类免疫相关疾病的广泛覆盖,以打破疾病表型的分野,在人体免疫系统的尺度上建立系统认知,为改善当前免疫疗法的总体反应率不高、副作用大等问题带来突破。同时,将更多资源倾斜到中国特色、高发、疑难病种,第一批项目中包括胃癌、肝癌、食管癌等中国特异高发消化道肿瘤的免疫机理研究,肺癌、胰腺癌、宫颈癌等中国高发肿瘤的新一代免疫靶点探索,也覆盖了类风湿性关节炎、溃疡性结肠炎、系统性红斑狼疮、多发性硬化症等一批中国发病比例最高的自身免疫性疾病,和与免疫高度相关的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)等纤维化疾病。

【加速成果产出与转化,为等待中的患者跑出新的加速度】

虽然免疫图谱的构建是个长期过程,很多合作项目也仍然处在研究阶段,但据百图生科的部分合作研究者介绍,一些项目已经取得了一些喜人的早期发现进展,证明了计算免疫研究的未来潜力。

中华医学会风湿病学分会副主任委员徐沪济教授是第一位担任国际风湿免疫疾病权威刊物编委的中国学者,他与百图生科合作的项目致力于对一些特色自身免疫疾病进行机理研究。自身免疫病发病率高、致残率高、治疗费用高,导致这三高的根本原因是多数自身免疫病的致病机理不清,因此,致病机理的剖析将为早期诊断和新的治疗靶点发现,乃至最终战胜该类疾病起到关键性推动作用。该项目基于百图生科的免疫图谱和单细胞分析平台,已经取得了一些新的关键线索。

另一个正在取得进展的项目与中国免疫学会临床免疫分会主任委员、北京大学临床免疫中心主任栗占国教授团队合作进行,该项目围绕“类风湿关节炎”展开,致力于系统性、多角度地回答类风湿关节炎与肠道微生物的关联,这对其疾病机制的理解、诊断和免疫治疗都有重要价值。百图生科的免疫图谱,特别是在多组学数据分析、系统性关联挖掘方面,都为栗占国教授团队的研究带来了关键的支持。

据悉,百图生科将继续支持合作伙伴推进现有项目的研发,并即将推出升级版的免疫图谱“卓越开发者计划”,面向更多领域的免疫研究者——包括前沿生物技术专家、药物开发专家和临床专业团队,提供百图生科生物计算引擎的更多能力——包括免疫图谱分析平台、单细胞分析平台、组织特异性靶点研究平台和免疫功能靶点研究平台等能力,全力助推免疫疾病靶点的挖掘、验证、分析工作,并后续提供百图生科生物计算引擎的大分子药物设计平台,为所发现靶点的快速药物设计赋能。据介绍,百图生科还将与合作伙伴共同推进后续药物的 商业 化开发,从而使更多针对免疫疾病的早期发现加速转变为实际可用的药物,为等待中的患者跑出加速度,为未被满足的临床需求提供新的治疗方案。