生物样本库的发展现状

高 莹，杨 建，王 舒

生物样本库的发展现状

高 莹，杨 建，王 舒

生物样本作为基础研究与转化医学研究的宝贵资源，近年来备受全球重视，作为转化医学的战略资源——生物样本库也得到了迅猛发展。现就生物样本库在国内外的发展状况及取得的重要科研成果作一简述；并针对我国生物样本库建设中存在的不足，结合我国的实际情况对其进行分析，以期推进我国生物样本库的建设。

生物样本库；转化医学；发展现状

转化医学的战略资源——生物样本库(Biobank)又称生物银行[1-2]，包括3个方面要素：①生物样本，即指按照标准化规范收集、储存的健康和疾病的生物体样本，包括人体组织、器官、血浆、血清、尿液、唾液或经处理过的生物样本(DNA、RNA、蛋白质等)；②与生物样本相关的资料，包括临床诊疗记录、病理检验、随访信息、知情同意书；③对生物样本库的质量控制、信息管理与应用[3-4]。生物样本库的建立对疾病的研究和治疗有重大意义，能够促进生物、临床和制药业等领域的发展[2]。目前，全球生物样本库市场每年以30%的速度增长，2015年生物样本库将达到1 830亿美元市场的规模。随着我国十二五国家科技计划的推进，我国的生物样本库建设也处于蓬勃发展中，现就国内外生物样本库的发展现状作一简述。

1 国外生物样本库发展现况

美国最先建立了专门的组织库，1949年George Hyatt创建美国海军组织库，1984年美国组织库协会建立了第1部针对组织库的权威产业化标准。1987年美国国家癌症研究所(National Cancer Institate，NCI)开始建立肿瘤生物样本库，随后又逐渐建立了乳腺癌组织合作资源库、美国NCI癌症中心/研究组核心资源库、合作试验组和家族性癌症登记项目以及组织芯片研究项目[5]。2009年美国NCI建立了国家级肿瘤生物样本库。2015年美国NCI建立了用于记录生物标志物研究的数据库。截至21世纪初美国生物样本库存储的人体组织样本数量已超过3亿份，且每年以2 000万份的速度递增。

在欧洲，欧盟于1991年成立了欧洲组织库协会，并颁布了欧洲组织库协会标准[6]。随之一批大规模的国家级生物样本库迅速建立，如英国的UK Biobank、瑞典的Life Gene、爱沙尼亚的Estonia Gene Bank等，为转化医学研究提供了丰富的生物样本资源；2008年又筹建了“泛欧洲生物样本库与生物分子资源研究中心”，旨在进一步发展欧洲现有的生物样本收集及应用平台。近年欧洲药品管理局又建立了公共开放的电子注册数据库。2012年3月，世界上最大的生物样本库——英国生物样本库管理系统正式建立，存储样本总数超过5 000万份。此外，丹麦生物样本库的样本存储量也达到600万份。

在亚洲，日本的国家样本库规模宏大且信息完整，为基因组学的研究提供了宝贵的资源。新加坡、韩国、印度等国家也积极参与到生物样本库的建设中，如新加坡建立了国家组织网络、印度的合同研究组织建立了在线生物标志物数据库。

现国际上主要的样本库有国际生物和环境资源协会、美国NCI样本库、欧洲生物样本库与生物分子资源研究平台[7]、法国国家健康和医学研究院样本库、英国生物样本库、加拿大公共人群基因组项目、澳大利亚肿瘤样本库[8]、公共人口基因组计划、卢森堡联合生物样本库，其中国际生物和环境资源协会与美国NCI样本库拥有建设组织库最权威的产业化标准[9]。

2 我国生物样本库发展现况

我国拥有庞大的临床样本资源[10]，将这些宝贵的资源收集起来合理利用，势必能为医学研究创造无限价值。我国的生物样本库建设起步虽晚，但发展迅速[11]。

1994年中国科学院建立了中华民族永生细胞库。随后，北京市、山东省建立了脐带血造血干细胞库，泰州健康科学研究院建立了DNA样本库，上海生物芯片有限公司芯超生物银行一些专项生物样本资源库也相继建立[5]。《“十二五”生物技术发展规划》明确要求建设国家生物信息中心，包括生物信息库和大型生物样本资源库以及共享服务体系、2004年天津肿瘤医院建立的肿瘤组织样本库、2005年北京大学第一医院建立的人类血液样本库、2008年建立的国家肝癌样本库、2010年启动的北京重大疾病临床数据和样本数据库[5]。

此外，作为中国第1个国家级基因库——深圳国家基因库[12]，截至2014年已累计收集和储存了近300万份生物样本，为我国生命科学研究和生物产业发展提供了基础性和公益性服务平台。2015年上海市科学技术委员会公布的《2015年度上海市科技型中小企业技术创新资金拟立项名单》中，梅斯医学开发的“疾病风险数据库”项目名列其中，这是我国开发的首个生物标志物数据库。2015年我国国家基因库E-BioBank资源信息共享平台“样本库目录”模块全新上线，这是我国首个生物资源样本库目录。2015年，国际人类基因变异组项目设立中国区，我国将进行约20种重大疾病的变异基因数据收集、建立分病种数据库，为健康指导提供精准医学指标。

我国有关中医药行业领域生物样本库的建设起步较晚，2009年中国医药生物技术协会组织生物样本库分会成立，全国近100多家医院参与中医药生物样本库的建设。2010年湖北省中医院建立了肝病样本库，经过近几年的发展，已形成一定的规模；云南省中医中药研究院建立了艾滋病样本库[13]，并深入研究中医药治疗艾滋病的作用靶点和特点，达到了资源保存和共享。2014年11月“全国组织生物样本库中医药学组”正式成立，旨在探索符合中医研究特色的生物样本库建设。天津中医药大学研究生院在此次中医药学生物样本库的建设中确定为副组长建设单位。

此外，我国少数民族独特的居住环境、生活方式使这些少数民族形成了极为罕见的遗传病、特种病，以及特殊的治疗方法。近年来，新疆生物样本库的建立为民族特种病的医学研究提供了样本储存，今后将会有更多的民族医学样本库建立。

3 基于样本库取得的重要科研成果

基于生物样本库的迅猛发展，目前已取得了很多重大的科研成果，如Sudmant等[14]及Coe等[15]通过研究发现不同种族个体之间的遗传差异或许主要取决于基因拷贝数变异的结构元件，这将有利于理解人类的遗传突变；位于德国慕尼黑MIDY-PIG生物样本库的种猪1339号通过基因工程处理患上糖尿病，因猪与人类的相似度高，此种猪可帮助发现糖尿病并发症中涉及的分子与机制，包括小血管和神经异变、心脏与肾脏疾病及失明等[16-18]。Guo等[19]提出一种结合压力循环技术和SWATH(sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ions)-质谱分析法，将临床样本进行质谱处理分析后转换成数字文件，增强了临床样本的利用率，具有非常重要的意义。2014年，美国建立粪便库[20]用于疾病治疗，将粪便作为一种组织或一特殊分类用于胃肠道疾病的治疗，不仅能保护患者安全，而且有利于规范扩展应用范围。中国科学院在生物样本库的扩建中，已成功研发了国产的新一代基因测序仪[21]，测序仪在技术性能上是唯一可匹敌国际市场主流产品的国产基因测序系统。这不仅填补了我国在基因测序基础装备领域的空白、提升了装备自主化水平，同时也将使我国生命科学研究机构获得低成本、高效率的测序工具，进而有效地开发和利用我国丰富的基因资源，加速我国基因战略的发展。

4 我国生物样本库存在的问题及解决方案

2011 年我国医药生物技术协会组织专家共同制定了我国生物样本库建设标准规范(试运行)，为我国建设生物样本库提供了一定的标准[22]。目前我国各方面都在积极推进样本库的建设工作，在对我国多家医院生物样本库调研却发现存在许多问题。首先，某些基础条件和科研能力一般的医院并未真正了解建设生物样本库的成本和预期效益，盲目跟风建设生物样本库，导致生物样本库建设无序化，造成资源的极大浪费。其次，长期以来，生物样本的搜集和利用存在各自为政的现象，缺乏足够的交流与沟通，难以形成有效的资源开放与共享。再次，生物样本库的管理人员多未经专业化培训，从样本的采集、储存、使用等各个环节管理欠规范，安全保障设施不完备，临床信息不完整，治疗后的疗效观察与随访资料缺乏等。

基于以上问题，我国生物样本库的建设亟待完善。首先，政府应加大对生物样本库建设的重视与支持，顶层设计，打造符合国际标准的高质量国家层面的生物样本库，并充分利用资源将样本转化为数据信息资源。其次，培养一批专业的管理人员，从样本的采集、储存、使用到管理的各个环节严格进行质量控制，防止样本资源浪费。再次，加大生物样本库的建设宣传，让更多的医院参与进来，使生物样本能够实现多中心、多种类的收集。最后，加强信息的交流与共享。

生物样本库的建立对于开展人类疾病预测、诊断、治疗具有不可替代的重要作用。随着基因组学和蛋白组学的发展，以及人们对生物医学资源认识的提高，国内外已形成了肿瘤库、胚胎库、干细胞库、骨库、眼库一些专业化的样本库。美国和欧洲的样本库起步较早，目前已逐渐向标准化、规范化、专业化、特色化、信息化、国际化及职能化方向发展。我国虽然建立了自己的样本库，但仍不够完善。基于我国人口资源优势，我国可在较短时间内积累大量样本，应该充分利用优势将我国的生物样本库建设成国际上质量最高、规模最大的生物样本库；尤其是建立具有中国特色的中医药生物样本库，组建有地区特色、病种特色的样本库，促进全国中医院资源流通与共享，为中医药走出国门贡献力量。

[1]Asslaber M，Zatloukal K.Biobanks：transnational，European and global networks[J].Brief Funct Genomic Proteomic，2007，6(3)：193-201.

[2]Meir K，Gaffney EF，Simeon-Dubach D，et al.The human face of biobank networks for translational research[J]. Biopreserv Biobank，2011，9(3)：279-285.

[3]乔媛媛，张达矜，熊鸣，等.生物样本库——转化医学的基础[J].北京医学，2013，35(5)：380-382.

[4]王庆宝.生物样本库——转化医学与第六次科技革命[J].泰山医学院学报，2012，33(1)：1-3.

[5]徐骎.肿瘤生物样本库与转化医学[J].中国实用口腔科杂志，2012，5(12)：720-723.

[6]Cahane M，van Baare J.European association of tissue banks [J].Dev Ophthalmol，2009，43：131-135.

[7]Becker R，van Dongen GA.EATRIS，a vision for translational research in Europe[J].J Cardiovasc Transl Res，2011，4(3)：231-237.

[8]Rush A，Christiansen JH，Farrell JP，et al.Biobank classification in an Australian setting[J].Biopreserv Biobank，2015，13(3)：212-218.

[9]Mayol DN，Woo P，Keck AS.Blueprint for the development of a community-based hospital biorepository[J].Biopreserv Biobank，2010，8(3)：139-145.

[10]王辰.临床研究是医生的天职天命[J].转化医学杂志，2015，4(2)：65-68.

[11]张翔，谢琪，王斌，等.国家中医药临床研究基地生物样本库建设初探[J].世界中医药，2014，9(4)：497-500，503.

[12]张勇，李启沅，王县，等.国家基因库概述[J].转化医学研究：电子版，2014，4(4)：111-117.

[13]宋娜丽，杨玉琪，赵远，等.云南省中医药治疗艾滋病生物样本库的建立与管理[J].云南中医中药杂志，2014，35(9)：94-96.

[14]Sudmant PH，Mallick S，Nelson BJ，et al.Global diversity，population stratification，and selection of human copynumber variation[J].Science，2015，349(6253)：aab3761.

[15]Coe BP，Witherspoon K，Rosenfeld JA，et al.Refining analyses of copy number variation identifies specific genes associated with developmental delay[J].Nat Genet，2014，46(10)：1063-1071.

[16]O’Brien K，Bhatia A，Tsen F，et al.Identification of the critical therapeutic entity in secreted Hsp90α that promotes wound healing in newly re-standardized healthy and diabetic pig models[J].PLoS One，2014，9(12)：e113956.

[17]Gheni G，Ogura M，Iwasaki M，et al.Glutamate acts as a key signal linking glucose metabolism to incretin/cAMP action to amplify insulin secretion[J].Cell Rep，2014，9 (2)：661-673.

[18]Zhang Q，Ramracheya R，Lahmann C，et al.Role of KATPchannels in glucose-regulated glucagon secretion and impaired counterregulation in type 2 diabetes[J].Cell Metab，2013，18(6)：871-882.

[19]Guo T，Kouvonen P，Koh CC，et al.Rapid mass spectrometric conversion of tissue biopsy samples into permanent quantitative digital proteome maps[J].Nat Med，2015，21 (4)：407-413.

[20]Mo S，Kim BS，Yun SJ，et al.Genome sequencing of Clostridium butyricum DKU-01，isolated from infant feces[J]. Gut Pathog，2015，7：8.

[21]周长庆，刘硕.我国成功研发新一代基因测序仪 达国际设备技术指标[J].黑龙江科技信息，2014(12)：8.

[22]中国医药生物技术协会生物样本库标准(试行)[J].中国医药生物技术，2011，6(1)：71-79.

The development status of biobank inside and outside the country

GAO Ying1，YANG Jian2，WANG Shu3
(1.Graduate School，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China；2.Department of Physiatry，the First Affiliated Hospital，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China；3.Key Laboratory of Acupuncture，the First Affiliated Hospital，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China)

As a valuable resource of basic research and translational medicine，biological sample has received much attention in recent years.As a strategic resource of translational medicine，biobank has developed rapidly.The development status of the biobank and the important scientific research achievements at home and abroad are discussed in this paper.And we analyze the defect of the biobank of our country combined with the actual situation，in order to promote the construction of biobank in China.

Biobank；Translational medicine；Development situation

R-05

A

2095-3097(2015)06-0329-03

10.3969/j.issn.2095-3097.2015.06.003

2015-09-10 本文编辑：徐海琴)

国家自然科学基金(81303020，8117339)；国家973计划项目(2012CB518505)

300193天津，天津中医药大学研究生院(高 莹)，第一附属医院康复科(杨 建)，第一附属医院针灸学重点实验室(王 舒)