《科學美國人》(Scientific American)最近由詹妮弗·C·洛夫喬伊(Jennifer C. Lovejoy) 執筆的<使用數據活得更長、更健康> (Scientific American Custom Media) (Using Data to Live Longer, Healthier Lives)指出，對飲食和鍛煉做一些小的改變或添加有針對性的補充劑可以預防許多疾病。但首先，我們需要將這些變化以可靠數據為基礎。(Making small changes to diet and exercise or adding targeted supplements could prevent many ailments. But first we need to ground these changes in solid data.)
文 / 洪存正 綜合報導
人類是複雜的。不幸的是，我們目前的健康和醫學方法基於簡單化的模型，這些模型沒有考慮到身體、思想以及我們的社會和物理環境之間錯綜複雜的關係。我們的醫療保健系統很少考慮到人類是自然和培育的產物，我們的思想會影響我們的身體，反之亦然。我們對種族和社會背景的多樣性漠不關心，儘管眾所周知這兩者在健康方面都發揮著重要作用。
更糟糕的是，在出現症狀之前，我們通常不會尋求有關我們健康和幸福的信息，到那時要扭轉從健康到疾病的轉變可能為時已晚。
十多年前，西雅圖系統生物學研究所的一群人開始思考醫學實踐如何能夠更多地關注健康而不是疾病。與其等到人們生病，不如找到幫助人們保持健康的方法呢？
更有機會診斷疾病，衡量個人的健康狀況
引發這個問題的部分原因是通過技術進步（例如低成本基因測序）可以獲取大量數據。這些工具源自「多組學」，「多組學」統指對人體許多生物成分進行調查的新數據驅動領域。名稱中的「組學」來自於用於分析四種不同類型成分的常用方法：蛋白質（蛋白質組學）、代謝物（代謝組學）、基因（基因組學）和腸道細菌（微生物組學）。
從那時起，通過與數千人的研究開發了這些想法並磨練了它們。我們發現，大量可用的「組學」數據使臨床醫生不僅有機會診斷疾病，還可以衡量個人的健康狀況。我們正在開發使用這些數據來識別事情偏離軌道的早期跡象的方法——換句話說，當一個人開始從健康過渡到疾病時。我們正在製定乾預措施，讓他們在疾病轉變之前和期間重回正軌，有時甚至可以完全避免疾病。
這些干預不必是激烈的或侵入性的。即使是飲食和運動的微小改變或有針對性的補充劑也可能在肥胖、糖尿病、心臟病和其他疾病有機會發展之前阻止它們。關鍵是在疾病發作之前及早進行干預。通過將行為科學告知這些干預措施，我們已經能夠提供人們積極融入日常生活的干預措施，通常會產生顯著的效果。
對疾病轉變的理解以及如何預防
現在專注於填補我們對疾病轉變的理解以及如何預防它們的研究空白——稱之為「科學健康」。與此同時，我們需要消除許多實際障礙，以實現真正預防性和個性化的醫學方法。但是儘管如此，我們的工作已經明確表明，與當今以疾病為中心的醫學相比，這種方法可以極大地改善醫療保健結果。而且由於它是預防性的，因此可以節省大量成本。
對科學健康的探究始於一項名為 Pioneer 100 的試點研究。該項目由 Leroy Hood 發起，他是一位內科醫生兼科學家，他讓我幫助制定臨床方案並監督研究。我曾在肥胖、糖尿病和女性健康方面進行過學術研究，也曾在健康和保健初創企業擔任過管理職務，我對大數據與行為科學相結合的潛力著迷。我們在本研究中試圖回答的問題旨在證明科學健康的概念。我們想知道那些認為自己健康的人是否有可行的機會來優化健康或預防疾病。我們還想知道整合不同數據類型以量化健康狀況是否具有更高的價值。我們能否通過多組學數據識別新發現，即使參與者人數很少？參與者將如何應對科學的健康干預措施？
量化和優化健康
科研招募了 108 名健康志願者參與為期九個月的研究，旨在量化和優化健康。我們做的第一件事是收集基線數據，稍後我們將使用這些數據來製定行動計劃、進行科學研究和評估項目的成功。我們收集了各種健康措施的數據。沒有依賴眾所周知不可靠的食物攝入量調查，而是測量了營養生物標誌物——血液中的分子，可以更準確地表明一個人正在吃什麼。（總的來說，在這項研究中，我們依賴於可以精確測量的生物標誌物的測量值，而不是自我報告的疾病或狀況。）我們讓志願者佩戴 Fitbits 來監測他們的身體活動和睡眠。我們還進行了各種生活方式和心理評估，我們與行為教練分享，他們幫助志願者制定和實施個性化行動計劃以減少風險因素。我們收集了多組學數據——我們對他們的基因組進行了測序，對他們的腸道細菌進行了採樣，並測量了他們的代謝物和蛋白質。這給了我們總共六種類型的數據，我們可以挖掘這些數據以獲得新的見解：臨床、生活方式、基因組學、蛋白質組學、代謝組學和腸道微生物組學。
營養師提供行為和營養支持
一旦我們審查了基線數據，我們就會為每個參與者起草一份個人生活方式干預計劃，其中包括一系列可改善或可能逆轉任何疾病風險因素的可行可能性。例如，皮質醇含量高的人將獲得支持，以製定日常壓力管理實踐，並進行一系列練習來識別和解決他們的壓力源。或者，一個超重 20 磅並且一直試圖通過低碳水化合物飲食減肥失敗的人將接受與其體重相關的遺傳特徵相一致的飲食模式的教育。在某些情況下，例如對於維生素 D 或 omega-3 脂肪酸水平低的人，我們會推薦膳食補充劑。然後每位參與者開始與註冊營養師進行一系列健康指導課程，該營養師提供行為和營養支持。每三個月評估一次血液標記物、腸道微生物組和生活方式數據，以便我們確定生活方式指導對健康的影響。
研究結果令人信服。在基線上，所有參與者都有多種可行的可能性。有些人在標準臨床測試中的結果超出範圍，例如高膽固醇或葡萄糖水平。許多人患有營養缺乏症、各種疾病的遺傳風險因素或腸道菌群失調（腸道菌群失衡）。
我們在六種數據類型之間發現了超過 14,000 個統計上顯著的相關性。許多這些相關性導致了更個性化的建議，例如使用遺傳學更好地優化飲食技巧的能力。還有一些新發現可以隨後在臨床試驗中進行測試。例如，我們發現某種肝酶（γ-谷氨酰轉移酶，或 GGT）與心臟代謝綜合徵的多種危險因素有關，心臟代謝綜合徵是一組代謝功能障礙，會增加患冠心病、中風和糖尿病的風險。我們還發現，較高的腸道微生物組多樣性與較低的炎症蛋白有關。
創建了多基因風險評分
我們還創建了多基因風險評分（檢查與特定疾病相關的數百或數千個單一突變的累積總數），並觀察到與這些評分相關的血液標誌物的變化，這些變化可能是疾病的早期指標。例如，我們發現炎症性腸病的高多基因風險評分與血液中較低水平的胱氨酸（一種氨基酸代謝物）相關，而膀胱癌的高多基因風險評分與較高水平的代謝物相關咖啡因。未來的研究可以設計為檢查這些生物標誌物在高危人群疾病發展中的作用，從而可能導致未來的治療或預防策略。更重要，我們發現行為指導可有效推動各種綜合生物標誌物的顯著臨床改善。研究參與者對這種方法非常熱情。
在Pioneer 100成功的基礎上，2015年我們推出了基因檢測和個人健康指導公司Arivale。一個目標是將科學健康的好處帶給大量消費者。我們還想創建一個獨特的數據庫，包含隨著時間的推移收集的個人多組學數據，可以挖掘這些數據以產生科學發現和新的臨床治療方法。四年多來，Arivale 為 5,000 多人提供了多組學數據和行為指導，其中大多數人註冊了兩到三年。這為我們提供了一個深入的縱向數據集，並有機會看到健康狀況的顯著改善。
Arivale 的科學健康方法對其參與者的生活產生了重大影響。布拉德（化名）是一名 60 多歲的狂熱徒步旅行者，他的腳踝疼痛逐漸加重，醫生無法做出診斷。基線多組學數據顯示，他血液中的鐵蛋白水平非常高，鐵蛋白是一種儲存在他細胞中的鐵的生物標誌物，並且有兩個與血色素沉著症相關的遺傳變異拷貝，這是一種鐵過載疾病和歐洲人後裔的常見遺傳病。事實證明，這種疾病的症狀之一是關節痛。未經治療的血色素沉著症最終會導致多器官衰竭和死亡。我們將布拉德轉介給他的醫生，醫生最終診斷出他和他的幾位家庭成員患有這種疾病。
比最初遵循的飲食更健康的飲食
血色素沉著症的治療很簡單：定期捐血，直到鐵水平恢復正常。但由於臨床醫生不會定期測量鐵蛋白水平或遺傳風險，他們通常不會發現血色素沉著症，直到它明顯更嚴重。雖然早期診斷並沒有扭轉布拉德的腳踝疼痛，但很可能避免了他的心臟、肝臟和其他器官在未來的重大損害。
同樣，基線測試發現，凱文（化名）是一名 20 多歲的表面上健康的運動員和教練，他的炎症標誌物水平很高，而腸道微生物組多樣性得分極低。他的生活方式數據顯示他遵循古式飲食，主要由肉類和奶製品組成，蔬菜很少。由於纖維攝入量低與腸道微生物群多樣性差有關，我們指導凱文如何增加富含纖維的食物的攝入量，例如蔬菜、水果和完整的全穀物。六個月後，他的腸道微生物組有所改善，但仍不正常。受到他持續升高的炎症狀況的刺激，凱文跟進了一位診斷出炎症性腸病的胃腸病學家。由於這比通常情況下更早被發現，他的醫生能夠開始治療，並有望延遲或預防一些長期並發症。此外，凱文對他的消化問題和腸道微生物組模式的了解幫助他選擇了一種比他最初遵循的飲食更健康的飲食。
從科學發現的角度來看，通過科學健康干預產生的數據也被證明是有價值的。我們的工作構成了已發表論文的基礎，主題包括轉移性癌症的預測風險因素、衰老和肥胖中的腸道微生物組以及科學健康干預對早期認知能力下降患者的影響。大多數一般健康計劃往往側重於營養、身體活動、壓力和睡眠，這些都是改善健康和預防疾病的行之有效的方法。科學健康的不同之處在於，它以嚴格的、數據驅動的思維方式來處理這些相同的干預措施。例如，我們在 Arivale 的客戶經常服用膳食補充劑來補充他們血液中完全正常甚至偏高的營養素。根據科學健康數據，他們可以停止服用不需要的補充劑。相反，我們通常會發現某些營養缺乏症，例如維生素 D、omega-3 脂肪酸和鐵蛋白，這些很容易治療。
數據驅動方法產生影響的另一個領域是減肥
對於每種營養素，都有遺傳標記表明一個人可能吸收或代謝該營養素的程度。例如，具有編碼維生素 D 結合蛋白的GC基因特定變體的個體通常血液中的維生素 D 水平較低，可能需要服用更高劑量的維生素 D 補充劑才能使血液水平恢復正常. 如果沒有血液和基因測量，就無法完成這種營養建議的定制。
數據驅動方法產生影響的另一個領域是減肥。我們的許多客戶在接受當時流行的低碳水化合物飲食後進入了科學健康計劃，但仍難以減肥。事實證明，其中一些人的基因變異與通過低脂飲食減肥取得更大成功有關。在營養師教練與我們的客戶分享這些信息後，許多人發現減少脂肪和增加高纖維、複合碳水化合物可以更輕鬆、更可持續地減輕體重。
壓力對健康有很大影響
對於運動，基因數據可以產生關於受傷風險和恢復速度的信息，這有助於製定量身定制的運動計劃，特別是對於運動員或從事競技運動的人。炎症的臨床生物標誌物還可以告訴我們是否有人過度運動，導致慢性炎症，這是心血管疾病的危險因素。壓力對健康有很大影響，但要弄清楚一個人真正承受的壓力有多大是很困難的。我們發現，全天四次（從早上到深夜）測量皮質醇（一種“戰鬥或逃跑”激素）的水平，可以深入了解我們的客戶如何處理生活中的壓力。與許多激素一樣，皮質醇遵循特定的晝夜模式：它在清晨最高，然後在白天和晚上下降，在午夜左右達到最低點，並保持數小時，然後再次上升。當一個人經歷慢性壓力時，他們的皮質醇曲線可能會變平——換句話說，它可能在白天不會下降太多，或者在早上不會上升到正常水平。睡眠不佳可能表現為早晨皮質醇水平異常高，不吃午餐會導致下午晚些時候皮質醇水平升高，這兩者都會在每日皮質醇曲線中產生異常模式。例如，麗貝卡（化名）是一位努力減肥的運動型女性，她的工作壓力很大。她的整體皮質醇測量值非常高，而且她的每日曲線相對於正常水平變平。當她意識到她的工作對她皮質醇水平的影響時，她有動力去尋找一份不同的、壓力更小的工作。由於高皮質醇會促進脂肪儲存並增加食慾，因此較低的皮質醇水平可以讓她減掉多餘的體重。她的整體皮質醇測量值非常高，而且她的每日曲線相對於正常水平變平。當她意識到她的工作對她皮質醇水平的影響時，她有動力去尋找一份不同的、壓力更小的工作。由於高皮質醇會促進脂肪儲存並增加食慾，因此較低的皮質醇水平可以讓她減掉多餘的體重。她的整體皮質醇測量值非常高，而且她的每日曲線相對於正常水平變平。當她意識到她的工作對她皮質醇水平的影響時，她有動力去尋找一份不同的、壓力更小的工作。由於高皮質醇會促進脂肪儲存並增加食慾，因此較低的皮質醇水平可以讓她減掉多餘的體重。
行為科學和輔導是科學健康計劃的關鍵
數據本身並不能改變人類行為。為了讓其他方面健康的人改變他們的生活，健康計劃不能僅僅依賴其數據。因此，行為科學和輔導是我們科學健康計劃的關鍵組成部分。教練提供激勵、問責制、健康教育和認知重構工具，以支持人們設定可實現的目標，以實現更大的個人願景。願景始於一個人對“你為什麼想要好起來？”這個問題的回答。從這一願景和多組學數據中得出一系列短期、具體和可操作的目標：每天用蘇打水換掉兩杯蘇打水，本週三次晚飯後步行 15 分鐘，下載正念應用程序並使用它每天晚上睡覺前。隨著每個目標的實現，新的目標會被添加進來，使人們達到他們想要的健康狀態。
心態是健康的一個重要因素
心態——我們對自己的健康和健康行為的看法——是健康的一個重要因素。那些認為自己比同齡人更健康的人——不管他們實際上是否如此——往往會隨著時間的推移活得更久，患上的疾病更少。這種安慰劑效應也適用於生活方式的改變。斯坦福大學的一項研究表明，當酒店管家被告知他們在工作期間進行的體育鍛煉符合政府的日常鍛煉指南時，與對照組相比，他們往往會減輕體重，血壓也會降低，即使他們沒有做他們的日常活動或飲食發生可衡量的變化。
反安慰劑效應是心態的另一個重要方面。反安慰劑效應是一種情況，在這種情況下，患者僅僅因為相信副作用會發生，就會出現藥物或療法的副作用或症狀。反安慰劑的典型例子是當某人接受過敏測試時使用他們認為會引起皮膚反應的物質，然後在該部位出現皮疹和傷痕——但該物質實際上是普通水。
反安慰劑反應在營養學中很常見，因為腸道對情緒和認知模式高度敏感。例如，乳糜瀉是一種自身免疫性疾病，會導致對小麥和其他穀物產品中存在的麩質蛋白不耐受。然而，許多沒有乳糜瀉的人也認為他們對麩質敏感。當這些人食用麩質時，他們會出現各種症狀，而當他們避免食用麩質時，這些症狀就會消失。研究表明，心態通常會引發這種反應。當一些自認為對麩質敏感的人得到無麩質麵包但被告知它含有麩質時，他們會出現與麵包實際上含有麩質時相同的症狀。同樣，如果給他們吃含有麩質的麵包，但告訴他們不含麩質，他們也不會出現這些症狀。
改變行為的關鍵是要意識到心態的力量
改變行為的關鍵是要意識到心態的力量及其幫助或損害我們健康目標的能力，並儘可能利用我們思想的有益方面。在健康指導中，與醫學安慰劑效應一樣，我們可以使用積極的心理學策略，例如「欣賞式詢問」，讓人們關注他們的優勢和對他們有用的事情，而不是他們認為的弱點或成功的障礙。例如，教練可能會要求某人反思他們成功改變飲食的時間以及成功的原因，或者什麼類型的運動感覺很有趣和玩耍而不是一件苦差事。簡單地反思這些問題通常會使人處於更加積極和創造性的心態，從而更好地解決問題並取得更大的成功。
但這並不是要忽視數據本身的力量。定期重新檢查數據以尋找改善跡像是激勵人們堅持或加強健康新行為的關鍵。例如，改善飲食和鍛煉可以改變膽固醇和血糖水平，改善壓力管理可以降低皮質醇水平。在某些情況下，最初不太參與輔導和行為改變的個人只有在看到自己的數字無法改變後才會有動力改善自己的生活方式。
整合來自非歐洲中心種族和族裔群體的基因組信息
在廣泛採用科學健康之前，仍然存在許多實際挑戰。數據和行為協議需要標準化。需要新的法律法規將個性化健康納入標準醫療實踐。人們需要親眼看到並接受這種方法為他們帶來的價值。新技術對於分析和集成不同的數據類型和模式非常重要。人工智能方法將有助於將行為指導擴展到數百萬人，因為這不可能僅靠人類教練來完成。
現在的研究正在解決我們健康知識中的一些空白。例如，我們對導致健康和疾病的遺傳變異的了解大部分來自歐洲人群，可能適用於也可能不適用於非歐洲人。在接下來的幾年裡，大型基因組研究，例如使用基因組學和流行病學 (PAGE) 研究的多種族人口結構、非洲人類遺傳與健康 (H3Africa) 計劃，以及在 2009 HUGO 汎亞 SNP 基礎上擴展的亞洲人口研究財團可能會為我們提供數據，以開始整合來自非歐洲中心種族和族裔群體的基因組信息。
了解更多關於改變腸道微生物組的干預
我們還需要了解更多關於改變腸道微生物組的干預措施。生活方式的改變（飲食、運動、壓力）或益生菌補充劑是最常見的方法。例如，增加高纖維食物的膳食攝入量通常會改善腸道微生物組的多樣性和人口水平的整體健康狀況。直到最近，我們才開始獲得足夠的信息來提供個性化推薦。例如，我們現在知道一種叫做 TMAO（三甲胺-N-氧化物）的代謝物與心髒病有關。當食用紅肉和某些其他食物時，腸道中的特定細菌會產生 TMAO 的前體。了解一個人是否有這些細菌可以針對心臟健康最佳紅肉攝入量提出個性化建議。
另一個重要的新興領域將腸道微生物組與血糖水平和糖尿病風險聯繫起來。以色列魏茲曼研究所最近的一項研究比較了針對新診斷出的 2 型糖尿病患者，針對個體腸道微生物組特別個性化的飲食與健康的地中海飲食的效果。微生物組個性化飲食使 61% 的參與者血糖水平顯著降低，糖尿病得到緩解。這表明我們可以使用特定的微生物組數據來設計個性化飲食，並且這樣做比富含植物的地中海飲食產生更好的結果。
可穿戴設備在科學健康發揮重要作用
可穿戴設備可能會在科學健康方面發揮重要作用。現在市場上有近 900 種不同的設備和可穿戴傳感器，包括測量活動和心率的智能手錶以及測量睡眠、自主神經系統功能、血氧和葡萄糖的設備。今天，這項技術在健康方面未得到充分利用——我們的汽車傳感器似乎比我們的身體傳感器更全面、更準確。然而，學術界和工業界的大量投資和正在進行的研究正在解決這一缺陷。正在開發新技術以自動測量飲食攝入量和飲食對關鍵健康指標的影響，檢測焦慮或抑鬱並提供行為乾預的心理健康應用程序，
在科學健康干預的臨床應用方面，代謝組學和蛋白質組學仍然滯後。儘管如此，這兩種類型的數據都提供了巨大的科學洞察力。例如，斯坦福大學的一個小組最近描述了一種代謝物 Lac-Phe（N-乳酰基苯丙氨酸），它在運動過程中產生並起到抑制食慾的作用。在實驗動物中，Lac-Phe 的給藥抑制了 50% 的食物攝入並導致體重減輕。然而，人類安全性和有效性數據足以將其用於臨床環境還需要很多年。在蛋白質組學中，臨床和轉化研究結果主要出現在臨床醫學和腫瘤學領域，而不是健康領域。
科學的健康是精準醫學的基礎
在定義和優化個人健康以及產生重要科學發現的機會方面，科學健康的前景是顯而易見的。不幸的是，消費者似乎不願意為數據驅動的健康和預防付費。除非我們能讓消費者和支付者了解識別風險因素的價值，並在它們仍然可以逆轉時儘早轉變為疾病，否則科學健康的採用將是緩慢的。政府可以通過資助科學健康研究來提供幫助，類似於 Pioneer 100 和 Arivale 的研究，這將使消費者和付款人相信科學健康的功效。
由於科學的健康是精準醫學的基礎，我們無法充分意識到兩者缺一不可的好處和機遇。然而，通過一些創造性的解決方案來解決成本和思維障礙，科學的健康可以成為一種護理標準，讓每個人都能茁壯成長。
本文僅代表作者立場，不代表本平台立場
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