1-秦曉峰-組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用

ChineseAcademicofMedicalScienceCenterofSystemMedicine組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用2021/3/29星期一1醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化文本病案記錄檢查報(bào)告手術(shù)記錄病歷報(bào)告圖像照片等二維圖像病理學(xué)切片掃描CT、MRI等三維圖像電生理數(shù)據(jù)無(wú)創(chuàng)腦電圖術(shù)中腦電監(jiān)護(hù)SEEG結(jié)構(gòu)化文本病案首頁(yè)醫(yī)囑視頻顯微鏡視頻信號(hào)內(nèi)鏡視頻信號(hào)24小時(shí)腦電檢測(cè)視頻組學(xué)數(shù)據(jù)微生物組基因組代謝組蛋白組表型組2021/3/29星期一2臨床數(shù)據(jù)來(lái)源和分析臨床數(shù)據(jù)來(lái)源：年齡性別過(guò)敏情況藥物測(cè)試疾病詳情家族史藥物接受和排斥曾使用劑量水平生存率診斷測(cè)試手術(shù)臨床數(shù)據(jù)分析：生存分析預(yù)測(cè)2021/3/29星期一3組學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)源和分析全基因組全外顯子組/靶向測(cè)序轉(zhuǎn)錄組mRNA測(cè)序甲基化組學(xué)測(cè)序

ChiP-seq測(cè)序小插入/缺失點(diǎn)突變拷貝數(shù)變異結(jié)構(gòu)變異差異分析融合基因可變剪切RNA編輯甲基化位點(diǎn)組蛋白修身轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)突變的功效分析功能，網(wǎng)絡(luò)和通路分析整合分析理解病理機(jī)制并應(yīng)用于臨床技術(shù)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)整合及解讀患者蛋白質(zhì)組學(xué)磷酸化組學(xué)差異分析磷酸化位點(diǎn)分析新生/新肽段分析16srDNA測(cè)序,宏基因組測(cè)序其他微生物組學(xué)物種及功能組成物種差異分析功能差異分析與疾病的關(guān)聯(lián)分析2021/3/29星期一4宏基因組深度挖掘挖掘組間物種、功能差異樣品聚類(lèi)分析（腸型）拷貝數(shù)變異：挖掘功能變化從宏基因組數(shù)據(jù)中組裝單菌菌群、表型、臨床數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析耐藥基因挖掘CAG/MGS/MLG分析：從種或菌株層級(jí)挖掘物種變化2021/3/29星期一5多組學(xué)聯(lián)合分析2021/3/29星期一6微生物組在腫瘤免疫治療中的應(yīng)用期刊：Science發(fā)表時(shí)間：2017.11實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：249名接受過(guò)抗PD-1免疫療法的肺癌、腎癌等多種不同的癌癥；免疫治療前69名患者接受了抗生素的治療；研究技術(shù)：糞便宏基因組測(cè)序驗(yàn)證：無(wú)菌小鼠FMT（糞菌移植）驗(yàn)證；結(jié)果：1）抗生素治療的患者，癌癥很快出現(xiàn)復(fù)發(fā)，生存時(shí)間也更短； 2）恢復(fù)較好的患者體內(nèi)，Akkermansiamuciniphila的益生菌豐度更高，對(duì)癌癥免疫療法還有促進(jìn)作用；3）接受了“起效者”糞便的小鼠對(duì)于PD-1抑制劑的反應(yīng)要明顯優(yōu)于接受了“無(wú)效者”糞便的小鼠，后者在口服Akkermansiamuciniphila后，能恢復(fù)對(duì)免疫療法的反應(yīng)。2021/3/29星期一7醫(yī)生目前面臨決策的信息維度大大增加HawgoodS,Hook-BarnardIG,O’BrienTC,YamamotoKR.Precisionmedicine:Beyondtheinflectionpoint.Sciencetranslationalmedicine2015;7:300ps17.2021/3/29星期一8癌癥專(zhuān)家助手閱讀和記憶學(xué)習(xí)醫(yī)療文獻(xiàn)、臨床指導(dǎo)和醫(yī)學(xué)指南將病人和臨床試驗(yàn)方案進(jìn)行匹配持續(xù)不斷的學(xué)習(xí)從不斷增加的病人的組學(xué)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)中不斷學(xué)習(xí)依據(jù)最新用藥指導(dǎo)推薦潛在的治療選擇方案2021/3/29星期一9Watson醫(yī)生由IBM公司開(kāi)發(fā)人工智能系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)病人的病征、病史人工智能技術(shù)自然語(yǔ)言的處理和分析技術(shù)從各個(gè)渠道搜集到的信息和數(shù)據(jù)迅速給出診斷提示和治療意見(jiàn)2021/3/29星期一10針對(duì)個(gè)人進(jìn)行縱向密集數(shù)據(jù)收集可以揭示分子疾病標(biāo)志物前瞻性108個(gè)人全基因組測(cè)序分析臨床檢測(cè)分析蛋白質(zhì)組學(xué)分析代謝組學(xué)分析微生物群落分析（對(duì)16SrRNA進(jìn)行測(cè)序）參與者配戴活動(dòng)跟蹤器監(jiān)測(cè)日?；顒?dòng)創(chuàng)立相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)分析鑒定已知和候選標(biāo)志物Meta分析PriceND,MagisAT,EarlsJC,etal.Awellnessstudyof108individualsusingpersonal,dense,dynamicdataclouds[J].NatureBiotechnology,2017,35(8):747.2021/3/29星期一11在癌癥治療中的聯(lián)合用藥不同癌癥分期的醫(yī)學(xué)研究基因和分子診斷腫瘤信息學(xué)傳統(tǒng)中藥數(shù)學(xué)分析治療毒性評(píng)價(jià)個(gè)性化用藥2021/3/29星期一12利用深度學(xué)習(xí)和關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘預(yù)抗癌藥物反應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)源：藥物基因組689個(gè)癌癥細(xì)胞系和139種抗癌藥物。來(lái)自CCLP和GDSC.規(guī)則關(guān)聯(lián)挖掘深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)藥物反應(yīng)2021/3/29星期一13深度挖掘數(shù)據(jù)中心檢測(cè)方案數(shù)據(jù)資源庫(kù)(DataBase)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)(PipeLine)知識(shí)庫(kù)(Knowledge

Base)精準(zhǔn)醫(yī)療平臺(tái)(組學(xué)數(shù)據(jù)+臨床數(shù)據(jù))熒光定量PCR、基因芯片、SNP分型、二代測(cè)序組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與精準(zhǔn)醫(yī)療2021/3/29星期一14用藥指導(dǎo)藥物推薦聯(lián)合用藥指導(dǎo)藥物不良反應(yīng)評(píng)估輔助診療預(yù)測(cè)生存期發(fā)現(xiàn)新療法治療方案預(yù)后方案輔助科研致病基因腸道菌群藥物代謝/靶標(biāo)腫瘤驅(qū)動(dòng)基因臨床數(shù)據(jù)年齡性別過(guò)敏情況藥物測(cè)試疾病詳情家族史藥物接受和排斥曾使用劑量水平生存率診斷測(cè)試手術(shù)組學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白組代謝組表觀(guān)組微生物組暴露組臨床數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)脫敏標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)化Pipleline組學(xué)數(shù)據(jù)分析注釋整合公共數(shù)據(jù)庫(kù)整合TCGA

ICGC

GO

KEGGParmGKB

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DO數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模型知識(shí)圖譜文獻(xiàn)收集臨床指南診斷路徑用藥指導(dǎo)組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用2021/3/29星期一15醫(yī)院業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化電子病歷外部文件HIS系統(tǒng)EMR系統(tǒng)LIS系統(tǒng)…..系統(tǒng)PACS系統(tǒng)醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)源醫(yī)院數(shù)據(jù)中心醫(yī)院數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)據(jù)匯聚數(shù)據(jù)抽取數(shù)據(jù)整合數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化處理數(shù)據(jù)匯聚整合服務(wù)非結(jié)構(gòu)化抽取服務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換清洗與標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)數(shù)據(jù)比對(duì)數(shù)據(jù)清洗標(biāo)準(zhǔn)化處理醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心備份庫(kù)(ODS)臨床主題庫(kù)經(jīng)營(yíng)主題庫(kù)管理主題庫(kù)……主題庫(kù)非標(biāo)準(zhǔn)化臨床數(shù)據(jù)中心A病種標(biāo)準(zhǔn)主題庫(kù)B病種標(biāo)準(zhǔn)主題庫(kù)…….標(biāo)準(zhǔn)主題庫(kù)專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)庫(kù)專(zhuān)題分析庫(kù)專(zhuān)題應(yīng)用庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心醫(yī)院級(jí)臨床數(shù)據(jù)智能采集系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析可視化呈現(xiàn)搜索導(dǎo)航深度挖掘互聯(lián)互通常規(guī)共享應(yīng)用服務(wù)專(zhuān)題應(yīng)用定制服務(wù)……深度挖掘分析服務(wù)醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)醫(yī)療大數(shù)據(jù)來(lái)源2021/3/29星期一16左側(cè)中央型肺鱗癌并縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移原發(fā)性支氣管肺癌左上肺中央型肺癌1234左肺小細(xì)胞癌廣泛期原發(fā)性支氣管肺癌左下肺腺癌例如：左側(cè)中央型肺鱗癌并縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移1.診斷名稱(chēng)：

肺癌2.部位分型：中央型3.病理類(lèi)型：鱗癌4.病灶部位：左側(cè)5.轉(zhuǎn)移部位：縱膈淋巴結(jié)將不同描述的診斷轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化診斷，并且保留診斷中的重要信息。醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)化2021/3/29星期一17患者不慎摔傷，傷后神志不清約30余秒，后可喚醒，體溫正常（36.5℃），感頭痛明顯，左側(cè)鼻腔內(nèi)有少量鼻血。于我院行腹部B超及胸片，未見(jiàn)明顯異常。入院體格檢查：腸鳴音正常，約4次/分。現(xiàn)有電子病歷檢查描述指標(biāo)名稱(chēng)結(jié)果摔傷有神志不清30余秒體溫36.5℃頭痛明顯左側(cè)鼻腔少量流血腹部B超未見(jiàn)明顯異常胸片未見(jiàn)明顯異常處理后的結(jié)構(gòu)化檢查描述將自然語(yǔ)言描述的電子病歷轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化的電子病歷臨床數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化2021/3/29星期一18覆蓋各種可能的組學(xué)組學(xué)數(shù)據(jù)基因組學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)表型組學(xué)數(shù)據(jù)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)微生物組學(xué)數(shù)據(jù)……組學(xué)數(shù)據(jù)格式fasta/fastq/vcf/sam/bam/gff3/gff2/gtf/bed/…MetabolicNetworksRepli-SeqSystermsBiologyPhenomicsChlp-SeqDNA-SeqRNA-SeqExome-SeqSmallRNA-SeqPopulationGeneticsMicroarrayGWASMetagenomicsProteomics2021/3/29星期一19組學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)源熒光定量PCR基因芯片SNP分型二代測(cè)序……檢測(cè)2021/3/29星期一20組學(xué)數(shù)據(jù)匯集2021/3/29星期一21組學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)源TCGA癌癥基因信息的數(shù)據(jù)庫(kù)TGDB腫瘤基因數(shù)據(jù)庫(kù)ICGC國(guó)際癌癥基因組聯(lián)盟Oncomine腫瘤基因芯片數(shù)據(jù)庫(kù)CGAP癌癥基因數(shù)據(jù)庫(kù)MethylCancerDNA甲基化與癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)……NCBI美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心美國(guó)國(guó)家健康研究所、國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書(shū)館EBI歐洲生物信息研究所歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室DDBJ日本DNA數(shù)據(jù)庫(kù)日本研究機(jī)構(gòu)BIGD生命與健康大數(shù)據(jù)中心北京科學(xué)院北京基因研究所……綜合數(shù)據(jù)庫(kù)腫瘤相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)2021/3/29星期一22組學(xué)數(shù)據(jù)分析處理流程2021/3/29星期一23用藥指導(dǎo)藥物推薦聯(lián)合用藥指導(dǎo)藥物不良反應(yīng)評(píng)估輔助診療預(yù)測(cè)生存期發(fā)現(xiàn)新療法治療方案預(yù)后方案輔助科研致病基因腸道菌群藥物代謝/靶標(biāo)腫瘤驅(qū)動(dòng)基因臨床數(shù)據(jù)年齡性別過(guò)敏情況藥物測(cè)試疾病詳情家族史藥物接受和排斥曾使用劑量水平生存率診斷測(cè)試手術(shù)組學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白組代謝組表觀(guān)組微生物組暴露組臨床數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)脫敏標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)化Pipleline組學(xué)數(shù)據(jù)分析注釋整合公共數(shù)據(jù)庫(kù)整合TCGA

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DO數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模型知識(shí)圖譜文獻(xiàn)收集臨床指南診斷路徑用藥指導(dǎo)組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用2021/3/29星期一24輔助診療醫(yī)生初步檢查輔助診療根據(jù)類(lèi)似患者信息，精確匹配最佳診療方案，快速診斷、準(zhǔn)確用藥、提高診療水平。最佳診療方案推薦2021/3/29星期一25輔助診療預(yù)測(cè)生存期發(fā)現(xiàn)新療法治療方案預(yù)后方案病歷系統(tǒng)疾病知識(shí)圖譜疾病病史檢驗(yàn)用藥癥狀預(yù)后組學(xué)診療“統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”病史采集患者候選疾病:患病概率高于閾值診斷模型主訴：XXX現(xiàn)病史：XXX家族史：推斷可能疾病患病概率低于閾值推薦采集更多信息輔助診斷動(dòng)態(tài)輔助診斷確診檢測(cè)系統(tǒng)2021/3/29星期一26致病基因腸道菌群藥物代謝/靶標(biāo)腫瘤驅(qū)動(dòng)基因輔助科研2021/3/29星期一27疾病醫(yī)生患者藥品表型—藥效關(guān)系藥品研發(fā)改進(jìn)疾病史分析臨床表型分析從而發(fā)現(xiàn)疾病新分類(lèi)用藥效果分析從而發(fā)現(xiàn)新藥效用藥效果分析治療效果分析合理用藥疾病醫(yī)生患者藥品表型—藥效關(guān)系藥品研發(fā)改進(jìn)疾病史分析臨床表型分析從而發(fā)現(xiàn)疾病新分類(lèi)用藥效果分析從而發(fā)現(xiàn)新藥效用藥效果分析治療效果分析合理用藥藥物推薦聯(lián)合用藥指導(dǎo)藥物不良反應(yīng)評(píng)估用藥指導(dǎo)2021/3/29星期一28深度挖掘數(shù)據(jù)中心檢測(cè)方案數(shù)據(jù)資源庫(kù)(DataBase)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)(PipeLine)知識(shí)庫(kù)(Knowledge

Base)精準(zhǔn)醫(yī)療平臺(tái)(組學(xué)數(shù)據(jù)+臨床數(shù)據(jù))熒光定量PCR、基因芯片、SNP分型、二代測(cè)序組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與精準(zhǔn)醫(yī)療2021/3/29星期一29乳腺癌組學(xué)數(shù)據(jù)分析與可視化平臺(tái)BCIP

建立了以基因?yàn)橹行牡娜橄侔?shù)據(jù)分析平臺(tái)。分析處理了來(lái)自TCGA、metabric、GEO三大數(shù)據(jù)庫(kù)中的30個(gè)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，包含9000多個(gè)組織樣本。樣本的臨床數(shù)據(jù)包括癌癥分型、分期、是否絕經(jīng)、預(yù)后、ER＋／－、PR＋／－、Her2+／－、P53突變、年齡等。方便生物醫(yī)學(xué)工作者，對(duì)關(guān)注的基因進(jìn)行檢索，從差異表達(dá)分析、生存分析、共表達(dá)分析、KEGG代謝通路等多個(gè)層次進(jìn)行分析并可視化展示。輔助識(shí)別乳腺癌的調(diào)控和驅(qū)動(dòng)基因，找到乳腺癌研究和治療的潛在的生物標(biāo)志物。平臺(tái)簡(jiǎn)介

網(wǎng)址：

文章：BCIP:agene-centeredplatformforidentifyingpotentialregulatorygenesinbreastcancer[J].ScientificReports,2017,7.DOI:doi:10.1038/srep45235

影響因子：4.259PMID:

28327601

案例成果文章發(fā)表于2017年Scientific

Reports乳腺癌數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)網(wǎng)站2021/3/29星期一3015個(gè)臨床特征三陰/非三陰型

PAM50型

組織學(xué)分級(jí)

病理分期

轉(zhuǎn)移狀態(tài)

淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移

ER＋／－

PR＋／－

Her2+／－

TP53突變

是否絕絕經(jīng)

年齡

腫瘤大小

療效

預(yù)后臨床特征抽提2021/3/29星期一31生存分析MELK的過(guò)量表達(dá)與較差預(yù)后相關(guān)表明MELK與基底樣乳腺癌相關(guān)2021/3/29星期一32拷貝數(shù)變化在METABRIC數(shù)據(jù)集PAM50亞型中拷貝數(shù)減少和增加的百分比情況2021/3/29星期一33差異表達(dá)分析腫瘤組織相比于周?chē)＝M織，MELK的表達(dá)量要高出許多PAM50型乳腺癌中的基底樣乳腺癌，MELK的表達(dá)量最高。2021/3/29星期一34共表達(dá)分析分析MELK影響基底樣乳腺癌的機(jī)理在基底樣乳腺癌的METABRIC數(shù)據(jù)集中，MELK與包括CDCA5,TPX2和CEP55在內(nèi)的78個(gè)基因共表達(dá)。一些研究已經(jīng)闡述了TPX2和CEP55是參與乳腺癌轉(zhuǎn)移、侵襲、增殖和擴(kuò)散的關(guān)鍵分子。CDCA5也被報(bào)道在肺癌中起關(guān)鍵作用，并可作為口腔鱗細(xì)胞癌的治療靶點(diǎn)。這些結(jié)果都可以作為挖掘MELK在乳腺癌中的潛在功能和機(jī)制的有用線(xiàn)索。腫瘤組織相比于周?chē)＝M織，MELK的表達(dá)量要高出許多2021/3/29星期一35miRNA靶相互作用分析發(fā)現(xiàn)hsa-miR-193b-3pandhsa-miR-372-5p與miRNA靶相互作用有關(guān)2021/3/29星期一36KEGG通路分析2021/3/29星期一37深度挖掘數(shù)據(jù)中心檢測(cè)方案數(shù)據(jù)資源庫(kù)(DataBase)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)(PipeLine)知識(shí)庫(kù)(Knowledge

Base)精準(zhǔn)醫(yī)療平臺(tái)(組學(xué)數(shù)據(jù)+臨床數(shù)據(jù))熒光定量PCR、基因芯片、SNP分型、二代測(cè)序組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與精準(zhǔn)醫(yī)療2021/3/29星期一38IntegrationofExoseqandRNAseqdatafortumorantigenprofiling2021/3/29星期一39pipelinepVAC-Seq(personalizedVariantAntigensbyCancerSequencing)輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備（全基因組與全外顯子組測(cè)序）BWA;SAMtools;VarScan

somatic;Strelka;Tophat;Ovation;Truseq;CufflinksVariant

Effect

Predictor

VEP抗原表位預(yù)測(cè)FASTA文件生成運(yùn)行抗原預(yù)測(cè)軟件NetMHC結(jié)果解析整合測(cè)序信息Coverage

&

Variant

Allele

Frequency

(VAF)候選抗原的過(guò)濾深度過(guò)濾基因表達(dá)HundalJ,CarrenoBM,PettiAA,etal.pVAC-Seq:Agenome-guidedinsilico,approachtoidentifyingtumorneoantigens[J].GenomeMedicine,2016,8(1):11.2021/3/29星期一40深度挖掘數(shù)據(jù)中心檢測(cè)方案數(shù)據(jù)資源庫(kù)(DataBase)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)(PipeLine)知識(shí)庫(kù)(Knowledge

Base)精準(zhǔn)醫(yī)療平臺(tái)(組學(xué)數(shù)據(jù)+臨床數(shù)據(jù))熒光定量PCR、基因芯片、SNP分型、二代測(cè)序組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與精準(zhǔn)醫(yī)療2