生物医学研究已经步入大数据和大科学时代。一方面，多组学数据分析已成为生命科学前沿领域最重要的研究工具之一，多维度数据挖掘与整合分析，可以帮助科学家实现从基因组到表型组、贯穿微观和宏观尺度的系统分析，极大提高了人类解读复杂生命系统的能力，对更加深刻、精准地破解肿瘤、遗传病等各类疾病的发病原因与微观机制，寻找更有效的干预手段奠定了重要基础。另一方面，要破解人类健康、生命起源等重大科学问题，需要进行全球合作，开展分布式的国际大科学计划。然而，没有高质量的数据生成、高可靠的数据分析与整合以及全球科学界一致认可的统一标准，多组学数据分析研究就失去了稳固的“地基”，全球范围的生命科学国际大科学计划也将无从谈起。如何解决类似的难题？研发国际科学界广泛认可的多组学标准物质至关重要。

北京时间2023年9月7日晚，国际学术期刊《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）在线发表了由复旦大学/上海国际人类表型组研究院石乐明、郑媛婷团队联合中国计量科学研究院方向、董莲华团队，国家卫健委临床检验中心李金明、张瑞团队共同研发的全球首套多组学标准物质“中华家系1号”的最新研究成果。同期刊发的2篇科研论文分别聚焦：“使用基于中华家系1号标准物质的相对定量进行多组学数据整合（Multi-omics data integration using ratio-based quantitative profiling with Quartet reference materials）”和“中华家系1号 RNA标准物质与基于比值的分析方法提高了转录组数据的质量（Quartet RNA reference materials and ratio-based profiling for assessing and improving the quality of transcriptomic data）”。这也标志着中国科学界自主研制、获批为“国家一级标准物

质”的“中华家系1号（Quartet）”多组学标准物质的研发和效用得到了国际同行的认可，开创了生物医学“度量衡”新体系，将提升生命科学创新的源头质量，为全球推进人类表型组计划奠定坚实的标准基础。

标准物质是高质量生物医学创新研究的“标尺”与“砝码”

在生命科学研究中，针对相同研究样本在不同平台、不同实验室、不同批次所产生的组学数据往往存在“批次效应”，导致不可重复数据和错误结论，严重影响科研结果的可信度与质量。而现实生活中，类似“批次效应”的危害更大：在临床检验中，同一个指标在不同的医院检验结果会出现差别，这种数据差别一旦过大甚至会导致错误的临床治疗决策，耽误疾病的预防和诊治。

要解决批次效应这一影响生命科学与生物医学多组学研究源头质量的“拦路虎”，就必须研发相应的标准物质。标准物质是指具有足够均匀性和稳定特性的物质，可作为生物分析研究的“标尺”与“砝码”。在生物医学研究中，标准物质可用于评估不同实验室、不同平台、不同批次的数据质量，有助于排除实验条件和技术差异带来的误差，确保数据的一致性和可靠性。而多组学研究的普及，亟需科学界研发多组学标准物质。

统一的标准是生命科学领域国际大科学计划全面推进的关键基础

由于测量和研究的对象涉及到人类自身，因此生命科学领域的大科学计划与其他学科领域存在显著差别。分布式，即在不同大洲和国家各自实施，而不是集中式地开展研究是生命科学领域国际大科学计划的主要组织模式。这就对相关大科学计划在科研和实施过程中所参照的标准和质量控制提出了极高的要求。基于公认的基准——标准物质，统一相关研究的测量标准和数据标准，使得全球不同实验室针对同一类研究的数据可以参比，是生命科学领域能够实质性开展大科学计划的重要前提和基础。

作为人类基因组计划之后，生命科学领域的下一个战略制高点和重大科学计划，人类表型组计划在规划之初就把研发标准物质和统一全球科研标准作为重中之重。在国家和上海市支持下，中国相关科研团队在人类表型组的精密测量、标准物质研发、质量控制、数据处理等各个方面在全球范围内率先开发和制定相关SOPs、标准和质控体系，并通过国际和中国两大协作组网络，推动协同全球不同地区的实验室在同一标准下开展表型测量与研究。

相关团队已经完成了对2万余种表型开展测量的质控标准研发与SOP编制工作。2021年10月，由石乐明教授牵头起草的国际标准ISO/TS 22690:2021 《基因组信息学 高通量基因表达数据可靠性评估》（Genomics informatics—Reliability assessment criteria for high throughput gene—expression data）发布。该标准规定了高通量基因表达数据的可靠性评估标准，适用于基因芯片、新一代测序的基因表达数据的准确性、复现性、可比性的评估应用。同年10月，在上海市市场监督管理局的指导下，“上海市标准化创新中心（国际人类表型组）”获批成立，成为上海市首批6家新型标准化技术组织单位之一，正在全面引领国内外人类表型组标准化研究与创新。

此次“中华家系1号”多组学标准物质最新研究成果的国际发表，是中国科学家引领人类表型组计划实质性推进所作出的又一里程碑式的贡献。可以说，在人类表型组科研质量控制与标准体系构建中取得的一系列先发优势，进一步奠定了中国科学界在人类表型组计划中的引领地位。

“二十年磨一剑”，打造全球首个多组学标准物质

在“中华家系1号”研发成功之前，全球尚无任何一种生物学标准物质能够具备多组学研究需要的特性。作为全球首套多组学标准物质，“中华家系1号”涵盖了同一来源样本的多种分子水平的特性，如DNA、RNA、蛋白质、代谢物等。这些标准物质的引入为生物医学研究和临床应用提供了可信赖的计量标准，为高质量、高可靠性的多组学研究提供了坚实基准。

“中华家系1号”多组学标准物质，源自复旦大学领导建设的泰州大型人群队列中的一个同卵双胞胎家庭的永生化B淋巴母细胞系。“中华家系1号”是国际上首套包括DNA、RNA、蛋白质、代谢物在内的多组学标准物质，旨在确保分子表型组数据跨批次、跨实验室、跨平台、跨组学的可比性和准确性。其中，DNA、RNA标准物质已经获得了国家市场监督管理总局颁发的8项国家一级标准物质证书（GBW 099000-GBW 099007），是我国首次获批的组学标准物质，在生命科学领域开创了一种全新的标准物质研制模式。

图1：“中华家系1号”（Quartet）多组学标准物质

图2：国家一级标准物质证书（GBW 099000-GBW 099007）

在“中华家系1号”的研制过程中，研究团队通过在国内32个研究中心运用24种主流技术平台对标准物质进行了深入全面的表征，获得了包括基因组、表观基因组、转录组、蛋白组和代谢组在内的多组学大数据。在此基础上，研究团队提出了一系列质量控制指标，构建了高置信的标准数据集，为多组学技术、实验室性能、分析算法的评估提供了高质量的“基准真值”。

据悉，基于“中华家系1号”DNA和RNA标准物质，国家卫生健康委临床检验中心已于2021年和2022年分别开展了全外显子测序和转录组测序的全国科研与临床实验室的室间质评研究，参加单位超过100 家，并将逐步开展表观基因组、蛋白质组、代谢组等多组学室间质评，以促进我国科研和临床实验室多组学检测数据质量的不断提升。

据石乐明教授、郑媛婷副教授介绍，在严格遵守我国人类遗传资源管理条例并获得国家批准的基础上，上海国际人类表型组研究院和复旦大学大力推动“中华家系1号”多组学标准物质走向全球，已经在国内外100多家单位进行了广泛应用，扩大了中国标准物质的国际影响力。例如，欧洲转化医学研究先进基础设施（European Advanced Translational Research Infrastructure in Medicine (EATRIS) Plus）已经采用“中华家系1号”多组学标准物质对EATRIS-Plus联盟的多家单位在多组学数据产生和数据分析方面的性能进行客观评估。欧方正与上海国际人类表型组研究院等中国代表性机构共同探索、积极推动构建多组学生物数据质量的国际标准。

基于多组学标准物质的质量控制将保证生物医学创新源头的高质量