清華新聞網(wǎng)11月7日電 早期有效防治對(duì)于降低腫瘤發(fā)生率至關(guān)重要，其核心挑戰(zhàn)在于如何精準(zhǔn)預(yù)警腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)并給予有效干預(yù)。中醫(yī)強(qiáng)調(diào)“未病先防、既病防變”，在腫瘤防治上具有整體觀、治未病等特色理論與豐富的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入人工智能時(shí)代，如何運(yùn)用AI前沿技術(shù)，深入挖掘中醫(yī)藥在腫瘤防治上的特色理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成中西醫(yī)融合的腫瘤防治新范式？這既是中西醫(yī)學(xué)面臨的共性難題，也是人工智能與信息科學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn)。
11月1日，清華大學(xué)自動(dòng)化系、北京市中醫(yī)藥交叉研究所李梢教授團(tuán)隊(duì)在美國(guó)癌癥研究學(xué)會(huì)（AACR）旗下《癌癥發(fā)現(xiàn)》（Cancer Discovery）2024年第11期發(fā)表了題為“基于人工智能的腫瘤中西醫(yī)防治新范式”（Advancing Cancer Prevention through AI-based Integration of Traditional and Western Medicine）論文，提出了基于人工智能的中西醫(yī)融合腫瘤防治新范式，實(shí)現(xiàn)了中醫(yī)藥防治腫瘤的守正創(chuàng)新，并在胃癌早期防治上取得示范應(yīng)用。據(jù)檢索，本文也是該雜志發(fā)表的首篇以中醫(yī)藥為主題的論文。
文章首先在腫瘤防治的方法學(xué)研究上取得了重要突破，提出了一種基于人工智能的中西醫(yī)融合研究方法——AI-TWM（AI-based integration of traditional and western medicine）。AI-TWM的核心在于利用基于生物網(wǎng)絡(luò)的AI算法，系統(tǒng)解析腫瘤發(fā)生相關(guān)中西醫(yī)多模態(tài)大數(shù)據(jù)中的診療規(guī)律，實(shí)現(xiàn)腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的智能預(yù)警以及防治中藥的精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)。在腫瘤風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警方面，AI-TWM通過(guò)構(gòu)建基于生物網(wǎng)絡(luò)的多模態(tài)學(xué)習(xí)模型，系統(tǒng)發(fā)掘與腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的中西醫(yī)宏觀模態(tài)特征，并通過(guò)解耦宏觀模態(tài)特征與細(xì)胞、分子等微觀模態(tài)特征之間的關(guān)聯(lián)性與互補(bǔ)性，構(gòu)建融合宏微觀、中西醫(yī)特征的腫瘤風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)腫瘤發(fā)生高風(fēng)險(xiǎn)人群的精準(zhǔn)辨識(shí)；在腫瘤防治中藥精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)方面，AI-TWM采用項(xiàng)目組自主研發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)理論的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析方法，系統(tǒng)辨識(shí)表征腫瘤發(fā)生及干預(yù)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)，并通過(guò)定性定量分析中藥多成分、多靶點(diǎn)、整體調(diào)節(jié)的復(fù)雜作用模式，從傳統(tǒng)中藥特別是藥食同源中藥中發(fā)掘能抑制腫瘤發(fā)生的藥物，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、全局性的腫瘤防治中藥的精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)。文章認(rèn)為，AI-TWM為中醫(yī)藥和中西醫(yī)融合防治腫瘤的創(chuàng)新發(fā)展提供了重要路徑，也為AI時(shí)代腫瘤早期防治研究和全球傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究提供了新視角與新思路。
基于AI的腫瘤中西醫(yī)防治新范式（AI-TWM）
文章重點(diǎn)介紹了AI-TWM在胃癌防治上的示范性應(yīng)用成果——胃癌極早期中西醫(yī)智能與精準(zhǔn)防治體系。該體系的建立首先是對(duì)胃癌防治理念的一個(gè)重要突破，率先提出“胃癌極早期”這一表征癌變臨界狀態(tài)的全新分期。在此基礎(chǔ)上，利用AI-TWM分析方法，系統(tǒng)采集與智能解析50余萬(wàn)例胃炎癌轉(zhuǎn)化中西醫(yī)臨床數(shù)據(jù)以及典型序貫病例的多組學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了胃炎癌轉(zhuǎn)化表型-細(xì)胞-分子-藥物等多層次生物網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)深入解析多層次生物網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)胃癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警相關(guān)中西醫(yī)特征以及表征胃癌癌變臨界狀態(tài)的“胃癌極早期細(xì)胞”，研制了胃癌發(fā)生的全新標(biāo)志物，構(gòu)建了融合宏觀臨床特征與微觀生物特征的多模態(tài)智能模型，實(shí)現(xiàn)胃癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高精度預(yù)判和胃癌極早診斷；進(jìn)而采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)全面預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)靶向胃癌極早期網(wǎng)絡(luò)的藥食同源中藥，經(jīng)RCT臨床試驗(yàn)驗(yàn)證能顯著阻斷胃炎癌轉(zhuǎn)化，填補(bǔ)胃癌極早防治空白。目前，該體系已在中國(guó)多個(gè)胃癌高發(fā)區(qū)及其醫(yī)院推廣應(yīng)用，取得顯著的防治效果。文章同時(shí)也提出，“極早期”可能是包括消化道腫瘤在內(nèi)的多種腫瘤發(fā)生的一個(gè)共性階段，構(gòu)建基于AI-TWM的極早期中西醫(yī)防治體系將是腫瘤早期防治研究的重要方向，有望形成具有中國(guó)原創(chuàng)特色的腫瘤防治新模式，值得進(jìn)一步深入，具有廣闊前景。
清華大學(xué)自動(dòng)化系助理研究員張鵬為論文的第一作者，自動(dòng)化系教授李梢為論文通訊作者。自動(dòng)化系博士生張乾參與了研究工作。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金“未病”專項(xiàng)項(xiàng)目、國(guó)家中醫(yī)藥管理局“中醫(yī)藥原理解讀計(jì)劃”項(xiàng)目等資助。
李梢團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于從“生物網(wǎng)絡(luò)”這一系統(tǒng)的角度研究腫瘤發(fā)生與中藥干預(yù)機(jī)制，開(kāi)辟了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、中醫(yī)藥人工智能新方向。2024年該團(tuán)隊(duì)研制的胃癌極早期中西醫(yī)智能與精準(zhǔn)防治體系獲得日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-0832
供稿：自動(dòng)化系
題圖設(shè)計(jì)：梁晨
編輯：李華山
審核：郭玲
