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人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）繪制了人類(lèi)基因組的全面圖譜，并確定了人類(lèi)約 20,300 個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。這展示了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模協(xié)同「組學(xué)」項(xiàng)目在變革生物醫(yī)學(xué)研究中的強(qiáng)大力量，并催生了基因組學(xué)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。

人體由數(shù)萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞被分為不同的類(lèi)型，各自具有獨(dú)特的形態(tài)和功能。此外，同一類(lèi)型的細(xì)胞在個(gè)體生命過(guò)程中可能會(huì)進(jìn)入不同的狀態(tài)。為了全面理解人體生物學(xué)，研究身體中蛋白質(zhì)（即蛋白質(zhì)組）的復(fù)雜性至關(guān)重要，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是細(xì)胞功能的關(guān)鍵。

然而，這些復(fù)雜性無(wú)法僅通過(guò)基因組預(yù)測(cè)，也無(wú)法用現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)性地測(cè)量。近年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和計(jì)算科學(xué)的突破使我們能夠以前所未有的精度和規(guī)模探索人體的生物學(xué)。這促成了一項(xiàng)名為 π-HuB（人體蛋白質(zhì)導(dǎo)航器）的大規(guī)模科學(xué)計(jì)劃的誕生。

2024 年 12 月 11 日，蛋白質(zhì)組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京蛋白質(zhì)組研究中心、國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心、北京生命組學(xué)研究所和廣東智慧醫(yī)學(xué)國(guó)際研究院賀福初院士聯(lián)同瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院分子系統(tǒng)生物學(xué)研究所 Ruedi Aebersold 及麥考瑞大學(xué)醫(yī)學(xué)院 Mark S. Baker 教授、陸軍軍醫(yī)大學(xué)卞修武院士等世界頂尖科學(xué)家在 Nature 雜志上發(fā)表了前瞻性論文 π-HuB: the proteomic navigator of the human body。（參與文章的學(xué)者有：賀福初（院士）、卞修武（院士）、伯曉晨、常乘、陳洛南、陳香美（院士）、陳玉如（中國(guó)臺(tái)北）、程和平（院士）、鄂維南（院士）、樊嘉（院士）、高福（院士）、高文（院士）、顧東風(fēng)（院士）、郭長(zhǎng)江、郭天南、何躍忠、姜穎、李明、劉翠華、劉光慧、劉芝華、呂奔、孟安明（院士）、寧光（院士）、彭耀進(jìn)、潘全威（中國(guó)澳門(mén)）、喬杰（院士）、沙家豪、宋爾衛(wèi)（院士）、孫愛(ài)華、湯超（院士）、唐劉君、田瑞軍、王辰（院士）、王新興、謝林海、頡偉、徐濤（院士）、閆麗盈、楊靖、楊曉、翟琦巍、張麗華、張令強(qiáng)、張平文（院士）、張玉奎（院士）、朱云平等。）

圖 1：文章來(lái)源（Nature）

該文章介紹了 π-HuB 項(xiàng)目三大核心目標(biāo)，詳細(xì)闡述了構(gòu)建 π-HuB 導(dǎo)航器六大關(guān)鍵支柱，并點(diǎn)明計(jì)劃具體實(shí)施過(guò)程中的挑戰(zhàn)。π-HuB 項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾十年對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究做出重大貢獻(xiàn)，促進(jìn)疾病的預(yù)防和診斷，加速藥物發(fā)現(xiàn)，并最終引領(lǐng)一個(gè)由蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐智慧醫(yī)學(xué)（phronesis medicine）的新時(shí)代。

π-HuB 項(xiàng)目的總體使命是通過(guò)投資數(shù)十億元人民幣，在未來(lái)三十年內(nèi)支持科學(xué)家的國(guó)際和跨學(xué)科合作，以實(shí)現(xiàn)三個(gè)具體目標(biāo)（圖 2）。

目標(biāo) 1：揭示人體的基本原理：π-HuB 項(xiàng)目將首先將人體分解為一系列數(shù)字化的蛋白質(zhì)組解剖空間層級(jí)。通過(guò)利用快速發(fā)展的技術(shù)（如單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)和空間蛋白質(zhì)組學(xué)），項(xiàng)目將數(shù)字化并持續(xù)完善人體的完整定量蛋白質(zhì)組和細(xì)胞組成；借助于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合/整合技術(shù)的最新進(jìn)展，特別是深度學(xué)習(xí)或基礎(chǔ)模型的快速發(fā)展，這種基于解剖學(xué)的高分辨率蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)將為解碼細(xì)胞/組織/器官的基本分子和細(xì)胞構(gòu)建原理等提供前所未有的機(jī)會(huì)。

目標(biāo)2：開(kāi)發(fā)「Meta Homo Sapiens」模型：Meta Homo Sapiens 模型的構(gòu)建基于人體的基本原理，將采用三維解剖層級(jí)記錄器官、組織、體液和細(xì)胞在每一層級(jí)的數(shù)字特征，并包含時(shí)間序列框架。每一幀都包含在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量和擴(kuò)展的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，以表示給定時(shí)間點(diǎn)的人體狀態(tài)。

目標(biāo)3：構(gòu)建 π-HuB 導(dǎo)航器：π-HuB 項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)以蛋白質(zhì)組學(xué)為驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐智慧醫(yī)學(xué)（phronesis medicine）。導(dǎo)航器將能夠?qū)?Meta Homo Sapiens 模型的原型從人體的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到不同的次生狀態(tài)，從而獲得現(xiàn)實(shí)模型。接下來(lái)，通過(guò)模擬每個(gè)模型在特定時(shí)間段內(nèi)的身體動(dòng)態(tài)，創(chuàng)建覆蓋人體所有關(guān)鍵狀態(tài)的狀態(tài)空間，從而解決基于非侵入性蛋白質(zhì)組快照和縱向蛋白質(zhì)組測(cè)量進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)的最優(yōu)方法。

圖 2：π-HuB 項(xiàng)目的總體目標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，π-HuB 項(xiàng)目依靠六大關(guān)鍵支柱的支持（圖 3）。π-HuB 項(xiàng)目的成功實(shí)施建立在六大關(guān)鍵支柱之上，這些支柱為項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)提供了基礎(chǔ)：

1. 人類(lèi)生物樣本：是 π-HuB 項(xiàng)目的基礎(chǔ)組成部分；
2. 測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新：π-HuB 將協(xié)調(diào)并支持國(guó)際社區(qū)的努力，加速和基準(zhǔn)化跨不同平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室的基于質(zhì)譜的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)（SCP）技術(shù)。

此外，π-HuB 項(xiàng)目還將開(kāi)發(fā)、整合并應(yīng)用穩(wěn)健的技術(shù)，以生成多維蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠指示蛋白質(zhì)組的功能狀態(tài)；

3. 計(jì)算技術(shù)的創(chuàng)新：π-HuB 項(xiàng)目將通過(guò)揭示人類(lèi)身體的分子重建，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域推動(dòng)邊界的突破。將構(gòu)建多個(gè)「白箱」原型 Meta Homo Sapiens 模型，作為 π-HuB 項(xiàng)目構(gòu)建系統(tǒng)基礎(chǔ)模型的重要初始條件；

4. 大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施：π-HuB 項(xiàng)目將建立國(guó)家級(jí)設(shè)施/中心，作為大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，用于多層蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的收集和處理。與此同時(shí)，π-HuB 項(xiàng)目還與全球高校和其他機(jī)構(gòu)附屬的研究實(shí)體的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施合作，例如荷蘭蛋白質(zhì)組學(xué)中心（Netherlands Proteomics Centre）和澳大利亞的 ProCan 項(xiàng)目；

5. 開(kāi)放資源：π-HuB 項(xiàng)目將最大化利用已收集的人類(lèi)樣本和重新分析先前生成的數(shù)據(jù)，以充分利用科學(xué)進(jìn)步的成果，同時(shí)盡量減少對(duì)參與者隱私的風(fēng)險(xiǎn)，并認(rèn)可研究人員的貢獻(xiàn)。此外，π-HuB 項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)生物信息學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，將蛋白質(zhì)組圖譜整合到全球最受歡迎的蛋白質(zhì)知識(shí)庫(kù) UniProt 中，從而使信息可供整個(gè)生命科學(xué)社區(qū)使用。更重要的是，該項(xiàng)目還將開(kāi)發(fā)一個(gè)基于 π-HuB 分子和空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化 Meta Homo Sapiens 計(jì)算框架，使臨床醫(yī)生和患者能夠免費(fèi)查詢(xún)醫(yī)療干預(yù)策略；

6. 國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)：π-HuB 項(xiàng)目將由一個(gè)執(zhí)行委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和管理，并由一個(gè)咨詢(xún)委員會(huì)進(jìn)行監(jiān)督。

圖 3：π-HuB 項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵支柱

為了使 π-HuB  成為一個(gè)具有廣泛適用性的項(xiàng)目，有必要通過(guò)設(shè)定可交付成果和預(yù)期結(jié)果，并在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)分階段實(shí)施計(jì)劃，以最大限度地提高其對(duì)社區(qū)的相關(guān)性。在啟動(dòng)和發(fā)展階段（2024–2033 年，即「第一階段」），將構(gòu)建一個(gè)國(guó)際合作網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)以下措施為項(xiàng)目奠定技術(shù)基礎(chǔ)：促進(jìn)方法學(xué)進(jìn)步、對(duì)最先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、建立數(shù)據(jù)集成和建模的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施等。同時(shí)，在相對(duì)較短的時(shí)間框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)以下主要成果（見(jiàn)表  1）對(duì)項(xiàng)目至關(guān)重要。

1.  細(xì)胞類(lèi)型組織的基本原則：將首先利用最先進(jìn)的流式分選技術(shù)和并行質(zhì)譜采集平臺(tái)，構(gòu)建所有主要器官的參考細(xì)胞類(lèi)型蛋白質(zhì)組圖譜；
2. 基于蛋白質(zhì)組學(xué)的生活方式指南：在第一階段，將重點(diǎn)研究影響或重塑健康個(gè)體蛋白質(zhì)組的最主要因素；

3. 基于蛋白質(zhì)組學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)推廣：計(jì)劃在不同病理生理階段繪制十個(gè)主要器官及其對(duì)應(yīng)生物液體的蛋白質(zhì)組，重點(diǎn)研究每個(gè)相關(guān)器官的三到五種代表性疾病。

此外，π-HuB 項(xiàng)目將積極與臨床醫(yī)生、政策制定者和工業(yè)合作伙伴合作，推動(dòng)新的基于蛋白質(zhì)的生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，并將其應(yīng)用于臨床診斷和藥物開(kāi)發(fā)，從而推動(dòng)向基于蛋白質(zhì)組學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的范式轉(zhuǎn)變。

表 1: π-HuB 第一階段的主要成果

自 2020 年成立以來(lái)，π-HuB  聯(lián)盟已發(fā)展成為一個(gè)擁有  100 多名成員的國(guó)際協(xié)作力量，動(dòng)員了全球?qū)W術(shù)界、工業(yè)界和政府部門(mén)從事蛋白質(zhì)與健康科學(xué)研究的科學(xué)家們。π-HuB  項(xiàng)目通過(guò)整合來(lái)自全球多學(xué)科科學(xué)家社區(qū)的研究成果，可能進(jìn)一步促進(jìn)全球合作與討論，以更好地理解人類(lèi)生物學(xué)，并推動(dòng)醫(yī)學(xué)從疾病軌跡預(yù)測(cè)到新治療方案的發(fā)展。