转化医学研究愿景

范丽桢，徐运

中国卒中学会于2019年8月23日召开了中国脑血管病圆桌会议第四次全国会议（转化医学研究专题）。来自全国的基础、转化和临床研究专家们讨论了我国脑血管研究的现状和愿景。

1 转化医学定义和模式

1974年，The New England Journal of Medicine发表一篇社论，提及“转化”概念；1992年，美国华盛顿大学医学院神经科Dennis W．Choi在Science杂志首次提出“从实验室到病床”（bench to bedside）的概念；1996年，James Geraghty在Lancet杂志上首先全面阐述了“转化医学”（translational medicine）概念[1]。转化医学是连接基础和临床学科的新的研究体系，是建立在医学基础上从实验室到病床以及从病床到实验室的双向循环过程。2003年，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）正式提出转化医学路线图，并把转化医学定为科研改革和提高医疗水平的关键举措。

医学转化的目的是将临床问题凝练成科学问题，通过科学研究，回到临床，解决临床问题，或将科研成果快速有效地转化为临床医疗新技术，直接服务于广大患者，以实现其社会及经济效益。2003年，美国联邦医学研究院临床研究圆桌会议首先提出转化医学的模式，分为两步：①从基础研究向临床科学转化；②从临床科学向公共卫生实际应用领域转化。也有学者提出转化医学分三步：①从基础研究向临床研究转化；②从临床科研向临床实际操作转化；③最终达到改善人民群众身体健康的终极目标。另外，在此基础上，也出现了新三步法：①基础科学研究转化成临床疗效；②临床疗效转化成临床效果；③临床效果转化成医疗保健措施。

2 卒中转化医学研究的瓶颈

在过去的20年里，急性缺血性卒中预防措施和治疗方法得到逐步改进，如t-PA和血管内治疗的应用使卒中后残疾率稳步下降[2]。虽然溶栓和血管内治疗的疗效很好，但由于出血的风险，并不是所有接受治疗的卒中患者都能完全获益，另外由于治疗时间窗等问题，大多数患者并不适合该治疗[3]。此外，目前尚无有效的治疗方法来改善缺血性脑损伤及患者的远期预后，或减少急性脑出血所致的脑损伤。因此，开发针对卒中急性期、恢复期治疗的新方法迫在眉睫[4]。

卒中是由于多种血管病变和损伤机制共同作用的结果，其中一些类型很难用动物模型模拟[5]。除了再灌注治疗外，临床前研究终点通常不能反映临床结果。为了在临床试验中准确测量脑组织药物水平、启动时间和治疗时间，我们需要进一步优化药效学、药代学，并开发新的治疗靶点药。此外，许多变量限制了卒中临床试验检测治疗效果的能力，如血管病理学的异质性、患者的人口统计学特征和合并症，以及缺乏有效的生物标志物来对患者人群分层。

临床前转化研究常依据其性质差异（探索性、验证性）从而进行不同的方案设计。探索性研究侧重于对疾病机制的探讨，通过使用动物模型以获得关于假定治疗目标的严格信息。假定治疗的后期验证性研究则受益于临床试验中采用的相同设计特征，包括异质人群、足够的样本量、临床结果的终点预测和类似于治疗使用的给药途径，以及研究结果的报告，包括阴性结果。

为解决卒中转化医学的相关问题，在本次召开的中国脑血管病圆桌会议第四次全国会议（转化医学研究专题）上，来自全国基础和临床医学领域的专家们，就我国卒中转化医学的特点和发展展开了激烈的讨论。

2．1 动物模型 为了验证药物的临床前疗效，需要建立适当的动物模型，为后期人体试验奠定基础。对于某些具有明确的生物靶点，并已明确其在人体中安全性的药物，只需要限定的定向临床前研究作为支持；但是未经证实的治疗模式则需要更严格和更广泛的临床前证据，才能进行下一步的人体试验。

动物模型研究对于理解卒中病理的时空演变至关重要，缺血性脑损伤早期、再灌注和神经保护是主要关注点，而卒中后期的修复和再生是次要关注点[6]。许多临床前研究将关注点聚焦在病灶体积和梗死后早期的行为学，然而，与卒中患者不同的是，啮齿动物通常出现一定的功能自发恢复，而行为学测试往往并不是那么灵敏[7]。为了弥补动物模型的这个缺陷，需要进一步开发动物模型来模拟人体的病理和生理过程，包括卒中后恢复阶段的研究，以探索大脑对卒中的远期适应和可塑性过程。如果临床前模型研究中并不以远期时间点（30～90 d或更长时间）作为研究对象，那么该研究的临床转化潜力可能有限。另外，实验室的测试方法有限，啮齿动物有时会掩盖功能缺陷，需要更敏感和专业的测试方法来检测这些功能缺陷情况。动物模型研究还需要囊括皮层、皮层下和联合的缺血性损伤的影响和异质性。为了更好地将药物的最佳剂量从动物实验转化到人体试验，验证性的临床前研究应提供完整的剂量-反应曲线、药动学和药效学建模，以及血液和脑脊液中药物浓度的测量。食品药品监督管理局发布的剂量转换指南适用于多种疾病状态，且其剂量计算基于体表面积而非体重。

相较啮齿类动物，非人类灵长类动物（non-human primate，NHP）研究中可用的行为测试库更为广泛。NHP研究还提供了人类卒中病理生理的重要信息，如侧支血流、脑白质损伤、适应性恢复和生理功能恢复、认知测试、软脑膜动脉或星形胶质细胞体积的标度研究以及复杂的免疫反应。在进行NHP研究之前，需要了解多种啮齿动物模型的机制，建立一个强有力的理论基础，从伦理上证明使用NHP或其他大型动物物种（例如狗、羊、猪模型）具有意义。绵羊的大脑结构与人类相似，其卒中模型的应用提高了临床转化的可能[8]。猪脊柱损伤模型在中枢性神经损伤研究中实现了脊髓成像和鞘内压力监测，更贴近临床应用[9]。

随着诱导多能干细胞技术和高通量分析技术的进步，体外实验结合动物模型实验可能在未来药物开发策略中占有越来越重要的地位。

2．2 生物变量：年龄、性别和合并症 在临床前研究中应慎重对待年龄和性别对研究的影响，因为卒中机制和药物反应可能因二者不同而有所差异。虽然雌性啮齿动物存在雌激素等问题，但有效的策略可以将这些问题最小化[10]。在雌性动物发情期结束后和使用年老的雌性动物是限制雌激素干扰和模拟女性围绝经期的首选方法，绝经通常与较高的卒中风险相关，也适用证明雌激素疗法的价值[11]。

临床前研究通常是在同质群体中进行的，而不像在临床试验中登记的患者群体。重要的是，研究者要考虑动物品系、卒中亚型和严重程度、侧支状态、再灌注时间和程度、免疫状态和应答、终点等方面的差异，以便使临床前实验足以支持人体试验。动物模型也可以设计成合并多种疾病，如高血压、肥胖、糖尿病和高胆固醇血症，这些疾病在目标患者群体中非常普遍，可能在卒中的发病机制和预后中发挥重要作用。此外，正在试验的潜在卒中治疗方法和常规用于治疗合并症的药物之间可能存在的相互作用，这些应该进一步探讨。

2．3 临床前和临床结果评估 临床前结果指标应尽可能概括人类的临床特征，包括脑梗死体积、神经解剖学指标和行为学。然而，在啮齿动物或人类中，脑梗死体积与功能结局之间的关系尚未得到充分验证，这使得临床转化变得复杂。在临床前和临床实验中，存在大量结果评估困难的问题，这仍然是长期公认的问题。在临床前研究中，使用TTC染色进行脑梗死体积评估，会发现受损细胞最终可能会恢复[12]。而在临床上，对于MRI或多模式CT临床应用，存在很大的测量不确定性。因此，研究不应该仅仅考虑最终的脑梗死体积，而应根据随时间变化的脑梗死核心和半暗带来显示缺血性损伤的程度[13]。在临床前研究中，应使用无偏见的立体学方法量化细胞数量的变化。应将新的神经影像学方法用于啮齿动物和人类，作为转化研究中的补充结果指标。除脑梗死体积外，应强调病变部位作为功能预后的决定因素。

由于缺乏预测跨物种可行性，从一开始就阻碍临床转化。跨物种的功能相关结局指标包括脑水肿形成、脑血流量和侧支状态，这些指标可提供具有临床转化价值的生理数据。此外，一些用于认知和生活质量衡量的高阶行为任务，例如抑郁、社交孤立等，应在啮齿动物和人类试验中进一步评估。

2．4 卒中预后 目前，尚缺乏慢性卒中的动物模型来探索卒中恢复机制。动物行为和运动结局指标可用于评估末梢和精细运动，并与卒中康复相关[14]。最近相关研究用啮齿类动物的复杂执行功能测试来评估卒中患者的缺陷[15]。

人类卒中的预后和自然病史需要更好地进行总结。从患者角度看，生活质量评估与神经恢复指标之间也没有关联。mRS量表是急性卒中再灌注试验的金标准，但对卒中后恢复和神经功能缺损如失语、疏忽、灵巧等方面的治疗效果存在局限性[16]。Fugl-Meyer量表能更好评估卒中后感觉运动恢复情况。因此，临床试验需要采用更为敏感的预后评估方法[17]。

2．5 转化工作 从再灌注试验中，研究者发现并提出“时间就是大脑”，再灌注治疗通常最有效，但是患者人群存在异质性，且在干预之前难以预测哪些患者对再灌注治疗敏感，以及在术后6 h内自发性闭塞等问题。此外，神经保护剂在缺血再灌注模型中比在永久性缺血中更有效。然而，神经保护的相关临床试验都是在一般治疗时间窗（4 h）之外招募的患者，仅少数接受再灌注治疗的患者在治疗时间窗内，并且还存在一部分治疗目标未得到直接验证的异类受试者[18]。动物模型的研究结果通常与这些核心原则一致，但仍然出现临床转化失败，可能人体试验和临床前研究都存在缺陷。进行临床前研究需要更加严格的标准，并采用减少试验和报告偏倚的机制。在临床试验中，如急性神经保护的那他珠单抗试验和卒中早期保护试验，需要更仔细地考虑临床前数据[19-20]。为了挑战动物模型研究，需要对性别和合并症进行建模假设和设计[21]。

2．6 临床前卒中研究的新方法 对近期发表的临床前卒中研究的文献进行系统评价，发现这些研究通常缺乏如随机化、双盲和功效计算等反映实验设计质量的理念。在投资昂贵的临床试验之前，应在多个实验室以不同的方法测试不同的候选药物疗效，以确保效果的可重复性。在这方面，脑创伤手术治疗联合会和欧洲多中心临床前动物研究小组的努力证明了采用严格研究原则的多实验室方法的可行性。临床前研究的多站点跨学科网络可以最大限度地减少偏差，确保实验质量和足够的样本量，促进整个动物模型的标准化，优化和加快临床试验中最有希望的候选治疗药物的选择。如果可以将这种网络开发为协作网络，则可以利用现有基础架构来降低临床前测试的总体成本。但对于这种类型的方法，还需要考虑以下问题：激励效绩指标、确保专业知识、培训和保留高素质人员、保护知识产权、对候选人进行严格的甄选以及增加的前期成本。

在临床前研究中复制临床试验中Ⅰ到Ⅲ期的过程，并逐渐增加复杂性和集中监督，不失为一种有效的方法。这种方法虽然直观，但仍不确定如果使用与临床试验相同的标准进行临床前研究是否更具预测性。另一种方法是设计的临床试验更符合临床前研究的条件，方法是根据卒中亚型、机制、部位、损伤的大小和严重程度，匹配的终点是将患者分层，以纳入更均一的卒中人群，并排除不太可能对治疗产生反应的患者。例如，使用神经影像识别可挽救半暗带的患者可以成功完成荷兰急性缺血性卒中血管内治疗多中心随机临床试验（Multicenter Randomized Clinical Trials of Endovascular Treatment of Acute Ischemic Stroke in the Netherlands，MR CLEAN）等试验和其他血管内治疗试验。选择小范围的患者人群，即使较小的治疗效果也能检测到，但也限制研究结果的募集和推广，可能降低试验的可行性。这种方法与精准医学倡议相一致，并且在提高效率方面可能具有优势，最终可以使干预措施仅针对最有可能受益的患者。

确保质量是转化研究的重中之重。评估临床前研究（特别是在验证阶段）的价值和可行性，以确保以标准化的方式收集数据，可以与临床研究中使用的监督机制相提并论。

临床前转化终点的统一和标准化以及数据收集和报告的通用数据元素的开发可能有助于减少结果的异质性，并改善对大多数信息量度的比较分析。此方法已为临床研究人员和其他临床前领域所接受，其在卒中转化研究中的价值不应被低估。

已有非编码RNA在卒中后神经保护的相关研究，微小RNA（microRNA，miR）-181可以降低小鼠卒中模型梗死发生率，应用其受体拮抗剂治疗可促进长期行为的改善[22]。miR-210可改善线粒体功能，促进神经元再生。在缺血模型中，miR-29和miR-7显著下调，当进行补充后，脑损伤得到抑制，功能得到恢复[23]。miR-15a/16-1参与缺血后血管生成的调控，在卒中后7 d，小鼠的脑血管系统中miR-15a/16-1水平升高。转基因miR-15a/16-1过表达可导致卒中小鼠脑血管形成减少、脑梗死增加和神经功能缺损[24]。开发抑制microRNA药物可能促进卒中后功能恢复。另外，还进行了蛋白酶在卒中治疗中的相关研究，树突状棘突是一种特殊的树突状突起，它接受大脑中大部分的兴奋性输入，小鼠实验表明重组t-PA治疗可促进缺血性卒中后树突状棘突的恢复和神经功能的改善。t-PA除了具有纤溶活性外，还能影响N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体的信号转导，研究发现单链t-PA是唯一能够促进NMDA受体介导神经元凋亡的因子。因此，防止依赖t-PA调节的NMDA受体信号传导可能增加卒中t-PA治疗的治疗窗口[25]。

3 我国卒中转化医学研究现状

虽然大家共识转化医学研究的重要性，但真正基础和临床紧密结合转化研究的群体较少。2015年，中国卒中学会成立转化医学分会，每年在北京举办“卒中转化医学-青年医师菁英赛”以培养转化医学研究人才；2017年，我国发布卒中动物模型建立的指南；2018年，我国发表《脑小血管病转化医学研究中国专家共识》；中国卒中学会还设立了“青年卒中研究奖”，来表彰基础和转化医学领域的年轻卒中研究者。促进我国更多的从事卒中基础和临床研究团队进行转化医学的研究。

4 我国卒中转化医学研究模式、愿景

转化医学分会经过讨论，探讨了我国卒中转化医学研究模式。从临床发现问题，并提出科学假说，或基础研究发现的相关机制，以此制订研究方案，体内和体外基础研究相结合进行探讨，通过临床转化进行临床研究，并将研究成果进行产业化，或将高科技技术直接转化临床，最后服务于临床。

4．1 研发贴近人的卒中动物模型 对于小鼠脑缺血模型，应考虑年龄问题，结合动脉粥样硬化等合并症，使得与人的卒中发生过程和病理过程相符；对于高血压大鼠模型，应解决血压不稳定、易出血等问题；对于灵长类动物模型，应解决缺乏基础血管高危因素，且不稳定等问题。

4．2 研发卒中发生、发展、预后判断的分子标志物 可在外周血、唾液、粪便和尿等样品中探索，如非编码RNA、外泌体、microRNA、相关机制涉及的蛋白酶、基因表达的翻译后修饰、肠道菌群等。还应探索卒中发生发展、预后判断的影像标志物，利用CT和MRI结合功能影像技术，建立大型影像数据库，与影像和工程领域合作，建立先进的算法。

4．3 我国已建立了大数据人工智能筛样平台，为治疗卒中奠定了扎实的基础 第一个平台是化合物正向筛选平台，化合物库有1．4亿个化合物，包含人类目前能合成所有化合物，老药、食源性、内源性化合物达800个，晶体化合物超过25万个，人类蛋白超过5万个。筛选过程通过计算机预测完成，经过测试发现筛选命中率达到10%～30%，该平台还可以发现老药的新靶点，筛选老药发现新的用途。第二个平台是化合物优化平台，化合物优化的平台用于增强化合物的药效，其优势在于优化化学结构，大幅度提高药效，并探索全新靶点制作晶体药物。第三个平台是深度学习神经网络模型成药性评估平台，用于预测药物的成药性。由神经元、神经系统、图片系统、训练数据集4部分组成。第四个平台是化合物反向筛选平台，该平台可以找到中药有效成分单体的靶点，或者发现老药的毒性靶点。第五个平台针对全新靶点筛选化合物，该平台只需要指定一个蛋白序列或靶点氨基酸序列，通过建模初步预测该蛋白序列的酶活性中心和能结合小分子的位置，用化合物优化的平台筛选药物。第六个平台用于寻找全新的靶点。通过搜集临床样本转录组数据，进行愈后情况分析，并在所有基因之间做一个相关分析，设置靶点指数，指数高代表该基因可以做抑制剂靶点，指数低可以做激动剂靶点。最后一个平台可以分析化合物的药效和毒性。把所有的上市药和退市药做一个反向的筛选，将人类几万个靶向药全部对接一遍，新的化合物和退市药靶点很相似，则毒性高的可能很大，如果跟上市药比较接近，则毒性比较低。上述7个平台相结合，用于发现新药开发或者发现老药新的适应证。对于老药治疗卒中的新功能，可以根据公认的一个靶点，没有晶体结构或者没有老药的，针对这个新靶点进行预测，筛选老药的库，可以直接找到老药。

4．4 研发卒中后脑损伤的保护剂 基于基础研究进行靶点筛药，动物研究需要多中心，保持数据一致性，同时应在小型动物和大型动物等不同动物模型上进行研究，严格做好临床前研究的每一步，做好临床评估。同时，发现老药新功能，基于基础研究靶点筛选老药，验证其脑保护新功能，老药已通过毒理试验，不良反应已知，目前有美国食品及药品管理局、中国国家食品药品监督管理局的已上市临床药物库，这样能较快进行临床转化。建议临床前研究也要多中心研究，证明其药物的疗效。

4．5 培养卒中转化医学研究人才 宣传转化研究的重要性，提高基础和临床工作者的重视度，培养研究型的临床医师，积极与基础研究者合作，转化分会将实施托举人才培养计划，同时中国卒中学会也会大力推进。

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