南美洲亚马孙河流域热带雨林中的一只蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。
一项精准医学技术从实验室走向临床，会产生什么样的“蝴蝶效应”呢？
作为国家战略科技力量，中科院在国内成立了首个精准医学学科二级学科。这个落地在中科院北京基因组研究所（以下简称基因组所）的学科正在把一批精准医学技术推向临床，酝酿着未来医学发展的一场新风暴。
验尿可知是否患癌
在基因组所，研究员慈维敏正以尿液为对象，开展基于基因组学和表观基因组学特征的泌尿肿瘤无创诊断研究。通俗地讲，就是利用尿液中尿沉渣里的脱落细胞和游离DNA，判断一个人是否患癌、患了什么癌、处于癌症早期还是晚期、能否治愈。
泌尿系统的解剖学位置，使其更容易通过尿液将肿瘤变异细胞直接释放出去，特别是膀胱癌细胞。“我们可以用微量尿液进行全基因组测序，从而准确判断一个人是否患泌尿系统肿瘤。”慈维敏告诉《中国科学报》，尿路上皮癌就是对这一诊断方法十分敏感的癌种之一。
利用该方法，他们可以对尿路上皮癌进行风险分层，从而对患者进行精准分类治疗。如由马兜铃酸引起的尿路上皮癌是一类低危类型恶性肿瘤，可通过早期诊断和监测进行保肾治疗；DNA甲基化低的尿路上皮癌患者也是低风险类患者，即使是肌层浸润性的，也可进行保肾治疗。
当前，我国每年新发肿瘤人数逾450万、死亡人数超300万，均列全球之首。慈维敏希望以泌尿肿瘤研究为核心，使尿液微量样本的基因组学检测包含更多信息，组合出包含各种癌症特征的“条形码”，只要一次检测，就能对癌症进行精准诊断和溯源。
白血病低剂量化疗
除了泌尿系统肿瘤外，目前还有一种常见的血液肿瘤困扰着中国至少400万人，它就是白血病。据统计，每年新增白血病患者约4万名，其中50%是儿童。
目前，高剂量化疗是治疗白血病的主要手段，为尽可能对肿瘤细胞“赶尽杀绝”，临床上往往采用最大耐受剂量化疗。而这容易导致血小板缺乏等严重并发症，产生高额费用，迫使贫困家庭放弃治疗。
基因组所研究员王前飞曾亲眼目睹患儿的痛苦和这些家庭的无奈，这极大触动了他。
2014年起，王前飞团队与苏州大学附属儿童医院合作，在国际上首次将1/10剂量化疗药物联合细胞因子G-CSF方案（低剂量联合方案）用于治疗初诊儿童急性髓系白血病，并采用基因组测序术，全程跟踪检测疗效。
他们评估了183例患儿的疗效，结果表明该方案具有与传统常规化疗相似的临床和分子疗效，并可使人均单疗程治疗费用节省2万到3万元。目前，低剂量联合方案已被写入中低收入国家儿童AML诊疗指南、中国儿童及青少年急性白血病诊疗指南2021（III级专家推荐）等。
但王前飞表示，我国III级专家推荐仅是参考选用疗法，尚未成为国内白血病治疗一线方案。“从精准医学的角度看，我们希望只要通过其分子特征检测，就能判断一名患者是否适合使用低剂量联合方案。”
实现这一目标面临不少挑战。王前飞和团队近年来开展了不同剂量化疗药、靶向药等多种治疗方案的耐药演化机制研究，发现了多种潜在诊疗新靶点。同时，国内多家医院已联合启动了低剂量联合方案的多中心临床试验，自2018年以来，已随机入组了400余例患儿，为深入研究低剂量联合方案的分层特征提供了临床资源和研究基础。
试管中的新一代生殖辅助技术
与致力于攻克肿瘤的慈维敏、王前飞不同，基因组所研究员刘江试图探寻人类生命早期的秘密——人类胚胎发育过程中为什么会出现问题。
10年前，在好奇心的促使下，刘江试图用斑马鱼回答这个问题。现在，他和合作者在国际上首创的试管婴儿筛查新技术——胚胎植入前DNA甲基化筛查技术，已经帮助100多个家庭拥有了健康的宝宝。
当前，我国育龄夫妇不孕不育率达18%，每年做试管婴儿的家庭达到100万。“但现有辅助生殖技术仍存在三大问题，即出生率较低、出生缺陷较高、表观遗传引起的出生缺陷不能提前筛查和避免。”刘江分析道。
据统计，我国临床辅助生殖技术的出生率仅约30%，且试管婴儿患印记疾病的概率为3‰，是自然分娩婴儿患病率的两倍。这些疾病往往导致婴儿智力发育障碍乃至死亡，而当前临床无法筛查和避免。
如何筛选高质量的囊胚，提高试管婴儿的出生率？刘江发现，大量早期胚胎中存在DNA甲基化图谱的异常，这与胎儿低出生率相关。此外，从DNA甲基化图谱数据中能获得胚胎的染色体非整倍性信息，可用于产前遗传学诊断。这为辅助生殖技术提供了一种新型筛选方法。
在临床试验中，刘江与山东大学陈子江院士团队合作，发现基于DNA甲基化图谱的筛选技术可以使试管婴儿出生率达到65%以上，是当前我国试管婴儿整体出生率的两倍。这种方法在囊胚发育第五六天就能发现其是否优良，从而将疾病发现时间大幅提前，避免了出生缺陷，提高了婴儿健康水平。
这项突破行业瓶颈的技术，被称为新一代辅助生殖技术。目前，刘江团队已与19家生殖中心合作。自2019年该技术进入临床试验以来，已服务200多个家庭，接下来将有1500个家庭入组临床试验。
刘江的短期目标是，在5年或10年内，能够让我国试管婴儿出生缺陷比降低一个百分点。他们还会不断累积数据，让婴儿出生缺陷探查变得更加精准。