前言
数字生物标志物促进医疗保健迈向精准医学。本文短评了数字生物标志物的实现关键、挑战与机遇。
数字生物标志物在行走、交谈、思考、观察和感受五个维度上值得关注。
数字生物标志物需要权衡隐私、真实、公平与可持续性。
生物标志物的关键作用
医疗保健迈向精准医学的一个关键支柱是检测、监测和管理疾病的生物标志物的扩散和发展。在过去的50年里，医疗保健见证了各种疾病的传统生物标志物的快速发现，包括癌症，即癌胚抗原（CEA），以及在20世纪80年代用于乳腺癌的CA15-3（图1）。
图1 用建议的数字生物标志“指纹”的定义来定义生物标志物
生物标志物仍然是早期发现和诊断、评估治疗反应和预后的重要数据和见解来源。然而，随着医疗保健的复杂性和日益增长的需求，越来越多的新机会随研究涌现，这些机会在传统生物标志物方法的基础上得到增强并建立。
迈向数字生物标志
数字生物标志物（DBX）已经成为医疗保健中一种很有前途的范式，可以帮助诊断、监测和治疗各种健康状况。
这一机会之所以能够实现，部分原因是收集的数据（图像、文本、音频和视频）的数量、速度和种类迅速增加。这与微工程和电子产品小型化的进步不谋而合，促成了日常物品的仪表化，也就是常说的“物联网”。反过来，包括医药在内的各个行业都采用了这种方法，从而进一步扩大了可穿戴和数字技术中易于收集的数据范围。
本文探讨了常见数字生物标志物的潜力及其与健康相关的特征，即身体功能（行走）、言语和听觉（谈话）、认知（思考）、视觉（观察）和幸福感或症状（感觉）。
从雄心壮志到影响力：为什么我们需要拥抱“多模态”
目前，数字生物标志物的开发和商业化是分散的，各个研究小组致力于个别疾病或损伤类型。人们有相当大的乐观情绪、兴趣和发展，但仍需要从雄心转向影响力，并为患者提供“价值”。为此，必须更加关注多模态数据源的集成和融合。对于复杂特征或病况（例如痴呆）的诊断或监测，只监测一种形式的损伤不太可能成为最佳洞察力。通过将数字生物标志物与组学数据（多组学）等补充数据源相结合，我们可以开创一个以表型分析和内型分析为深度指导的精准医学新时代。
这种融合能提供对疾病更为丰富的见解，并有可能发现独特的表型或特征，从而允许在群体或病理队列内进行比较。在这里，我们建议使用术语数字生物标志“指纹”（DBfx）来概括多模式数据的整合和融合。
未来可能面临哪些挑战？
数字测量的出现为全面评估健康和保健开辟了新的途径，使细微变化的检测成为可能，进而有助于诊断和预后。然而，要充分实现这些好处，还需要克服许多困难的挑战。
确保数据集的多样性和代表性
虽然数字生物标志物前途光明，但开发这些方法的人员需要注意不要扩大现有的健康不平等。现有数据面临的一项挑战是严重依赖用于训练和基准测试新产品或分析方法的同质数据集。事实上，尽管在消费级可穿戴设备中进行了大量验证工作，但只有少数研究直接考察了肤色对准确率的影响。这引发了人们的担忧，即数据中可能存在严重的不准确性，这可能会限制肤色较深的个人获得准确的健康相关信息，从而加剧现有的结构性健康不平等。还有新的证据表明，脉搏血氧计可能会根据设备响应活动变化的肤色差异而增加错误率。
总之，重新关注增加数据的多样性将丰富数据集并改善数字生物标志物的健康公平性。
领略维度的弊端
即便生物标志物提供了明确的机会并增加了数据源的维度，但同样需要根据更广泛的医疗保健目标仔细考虑传感器阵列的增加以及数据采集，包括可持续性和社会启发或向公众展示的行为。人工智能可能有助于处理和理解复杂数据，但越来越多的生态系统挑战需要并行解决。“我们能，但并不意味着我们应该”是一个重要的提醒，提醒人们在创新面前要节俭。增强感知和数据捕获可能会对数据垃圾、存储和最终的环境影响产生潜在的意外负面影响。
真实、监管和安全
生成式人工智能变革的速度和规模提供了独特的机遇（多模态数据集的集成）和挑战（验证、确认、可解释性和监管）。同样，医疗保健越来越多地在社区和家庭环境中提供，这提供了许多潜在的社会、经济和环境效益。这种去中心化和消费者至上的方式也更容易暴露和遭受网络威胁或个人数据泄露。这些监管和安全挑战需要从数字生物标志物和数字健康生态系统的角度进行更仔细的检查。
结论和下一步
数字生物标志物在医疗保健中的使用有可能彻底改变各种健康状况的诊断、监测和治疗。智能手表、智能手机和新兴智能传感器等可穿戴设备正在推动这种向临床环境之外持续监测患者的转变。通过整合这些数据，可以更全面地了解患者的整体健康状况；不同类型的传统和数字生物标志的融合可以提供独特的签名，即数字生物标志“指纹”（图2）。
图2 探索数字生物标志物的范围和边界
展望未来，为了确保患者、临床医生和卫生系统的价值，必须对照医疗保健的核心和四重主要目标（护理、健康、成本和意义）仔细考虑隐私、真实、公平和环境可持续性的挑战（图3）。
图3 医疗保健的新方程式：数字生物标志“指纹”（DBfx）
参考文献
Powell, D. Walk, talk, think, see and feel: harnessing the power of digital biomarkers in healthcare. npj Digit. Med. 7, 45 (2024). https://doi.org/10.1038/s41746-024-01023-w
