大咖社评 | 时空分子医学:临床/转化医学的新时代

2021-02-01 309文献解读

近日,复旦大学附属中山医院樊嘉院士和王向东教授在《Clin Transl Med》杂志发表社论,提出“时空分子医学”这一全新概念,其将是一门独立而又融合的学科,以适应医学的快速发展。

时空分子医学是什么?

时空分子医学是一门精确了解人类疾病的发病机理、病史和流行病学的新医学学科,旨在与时空相关的多维层面上,从分子水平实现对人类疾病的预防、诊断和治疗。其通过整合临床空间化、时间化、表型组和分子多组学,为疾病的诊断、治疗和预后呈现出四维的动态图像。

时空分子医学有什么作用?

时空分子医学在细胞间通讯、微环境功能和相互作用研究方面的影响力巨大。例如肝脏微环境中用于转移前微环境形成的非细胞成分含量丰富,细胞成分和细胞源性外泌体具有特殊表型特征,以及存在上皮-间质互相转化的动态过程等因素,因此肝脏被认为是肝外肿瘤转移的好发部位之一。随着时空测量和分析的快速发展,我们可以定义和监测非细胞成分的时空梯度形成,细胞内/细胞间的动态通信和细胞信号调控,以及癌症干细胞异质性和肿瘤内免疫细胞的动态变化。除了空间转录组学和蛋白质组学外,时空微环境还可以通过时空靶向多组学、细胞工程微环境的三维体外模型和时空纳米粒子转移来研究。

时空分子医学具有探索胚胎发育、组织形态发生和器官发生的分子机制和修饰的特殊力量:1)为器官发生提供多维度视角,包括动态监测特定位置的基因调控、蛋白质相互作用和细胞间通信,以了解疾病机制和预测疾病发生。2)动态揭示染色质重排与转录网络的相关性,在不同水平上调控多种因子,以控制细胞命运、分化和重排,并在特定细胞中形成器官特异性细胞表型和功能。3)它可以精确识别信号分子、分化过程、细胞类型和组织结构内特定位置的功能障碍。

从时空形态发生学出发,精准医学将得到进一步发展和完善,为临床诊断和治疗服务。

时空分子医学 VS 时空医学

时空医学在临床诊断、治疗和预后中存在了几十年。临床上研究不同器官对病原体、疾病和治疗方法在不同阶段和持续时间本身的反应过程就是一个时空过程。例如器官的时空图像可以用超声、计算机断层扫描(CT)、核磁共振/CT、正电子发射断层扫描/CT或病理切片来构建。

时空分子医学在时空医学的基础上又多了一个分子层次。例如检测组织切片中特定细胞中mRNA和蛋白质表达的空间定位的先进方法,可以使未来在超声和CT的病理图像上的细胞免疫分型中,DNA甲基化、转录组信息和蛋白表达的识别成为可能。此外,时空医学与分子空间组学图谱的融合可以为分子水平的早期诊断和个体化治疗提供新的策略。

时空分子医学涉及的技术有哪些?

时空分子医学需要人工智能、自动机器人、计算和数学模型的快速发展做出明显贡献。而时空分子组学是时空分子医学的重要组成部分。例如单细胞空间转录组技术,可重建组织及其邻近结构实现可视化,定义组织中细胞与细胞之间的相互作用、细胞位置和转录表型组之间的空间关系以及系谱和种群的演化。此外,时空蛋白质组学通过单向液相色谱-串联质谱法从可溶性或不溶性蛋白质中鉴定出肽段,提供组织切片的细胞类型和区域特异性的深度蛋白质组目录。

综上所述,此文提出了时空分子医学作为一门新兴的医学学科的概念,相信随着时空转录组学、蛋白质组学和代谢组学的发展,时空分子医学将变得更加重要和适用。时空化的临床表型和组学信息相结合,形成了对患者的四维理解、诊断和治疗。时空测量和分析是限制时空分子医学临床应用的关键因素。尽管面临诸多挑战,时空分子医学将提高我们对疾病的认识,为精准早期诊断和治疗提供多维和靶向依据,并将成为临床转化医学的主题之一。

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