ISOTS 233572023 基因组学信息学.下一代测序的临床基因组学数据共享规范标准立项发展报告

基因组学信息学下一代测序的临床基因组学数据共享规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:GenomicsInformatics—ClinicalGenomicsDataSharingSpecificationforNext-GenerationSequencing摘要随着下一代测序（Next-GenerationSequencing,NGS）技术在临床诊断、精准医疗及公共卫生领域的广泛应用，临床基因组学数据的规模呈指数级增长，数据共享与互操作性问题日益凸显。不同医疗机构、科研平台及跨境合作项目之间缺乏统一的数据格式、语义标准和传输规范，导致数据孤岛现象严重，制约了基因组医学的临床转化进程。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年7月正式发布ISO/TS23357:2023《基因组学信息学——下一代测序的临床基因组学数据共享规范》。该标准旨在为NGS临床数据的产生、存储、交换和共享提供统一的技术框架与操作指南，涵盖数据模型、元数据标准、编码体系、数据质量要求、隐私保护机制及共享协议等关键环节。本报告系统梳理了该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及其行业影响，分析了标准在国际医疗信息化建设、精准医学研究和跨境数据协作中的应用前景，并对未来标准化方向进行了展望。报告认为，ISO/TS23357:2023的发布填补了国际临床基因组学数据共享领域的标准空白，为全球基因组医学的规范化发展奠定了重要技术基础，对推动医学数据要素价值的释放具有重要意义。关键词：基因组学信息学；下一代测序；临床数据共享；国际标准；互操作性；数据治理；精准医学Keywords:GenomicsInformatics;Next-GenerationSequencing;ClinicalDataSharing;InternationalStandard;Interoperability;DataGovernance;PrecisionMedicine一、引言1.1立项背景21世纪以来，以高通量测序为代表的基因组学技术迅猛发展，极大地推动了生命科学研究和临床医学的变革。NGS技术能够以较低的成本在短时间内对全基因组、外显子组或特定基因panel进行高通量测序，已广泛应用于遗传病诊断、肿瘤基因图谱分析、产前筛查、感染病原体鉴定及药物基因组学等临床场景。根据相关行业统计，全球临床测序市场规模持续扩大，预计未来数年内将保持两位数增长。然而，NGS临床应用面临的一个核心挑战并非测序技术本身，而是数据的管理与共享问题。一次全基因组测序产生的原始数据量可达上百GB，经比对、变异检测和注释后产生的分析数据亦十分庞大。不同测序平台（如Illumina、ThermoFisher、华大智造等）输出格式存在差异，不同实验室采用的分析流程和变异注释标准各不相同，各机构电子健康记录（EHR）系统中的临床数据建模方式也不一致。这使得跨机构、跨区域甚至跨国别的基因组数据交换面临严重的技术壁垒。更值得关注的是，基因组数据具有高度敏感性，涉及个人隐私、家族遗传信息和潜在的社会伦理风险。如何在保障数据安全与个人隐私的前提下实现科学数据的有序共享，成为国际社会面临的共同课题。各国陆续出台数据保护法规（如欧盟《通用数据保护条例》GDPR、中国《个人信息保护法》等），客观上增加了数据跨境流动的合规成本。1.2标准立项的必要性在上述背景下，制定统一的临床基因组学数据共享国际标准具有迫切的现实需求，具体体现在以下几个方面：第一，数据互操作性的迫切需求。精准医学研究和多中心临床协作要求不同系统之间能够无缝交换和理解基因组数据。缺乏统一标准意味着数据整合成本高昂且容易出错，严重制约研究效率和临床决策的准确性。第二，数据质量与患者安全的保障需求。临床基因组数据的解读直接关系到疾病诊断和治疗方案选择。数据格式不一致可能导致变异信息丢失、注释错误或临床关联判断失误，进而威胁患者安全。建立数据质量规范是实现可靠临床应用的前提。第三，多中心协作与跨境研究的推动需求。罕见病研究、肿瘤精准治疗及药物基因组学等领域均需要大规模、多样本的数据支撑。国际标准能够降低多中心数据汇交的门槛，促进国际科研协作的深入开展。第四，伦理治理与合规性的要求。基因组数据的敏感属性要求数据共享需在严格的法律法规和伦理框架下进行。统一的标准规范有助于在技术上落实知情同意、去标识化及访问控制等合规要求。1.3标准的基本信息ISO/TS23357:2023由国际标准化组织（ISO）发布，属于ISO/TC215（健康信息学技术委员会）的工作范畴，具体由WG5（人口与健康信息学）工作组牵头制定。该标准为技术规范（TechnicalSpecification,TS）类型，于2023年7月3日正式发布，标准状态为现行有效。其国际标准分类号为ICS35.240.80（信息技术在医药卫生技术中的应用）。该标准的发布标志着国际社会在临床基因组学数据共享标准化方面迈出了关键一步。二、标准制定过程2.1国际标准化组织与ISO/TC215国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）是全球最大的非政府国际标准化机构，成立于1947年，总部位于瑞士日内瓦。截至目前，ISO拥有来自170多个国家的国家标准机构成员，已发布国际标准超过24000项，涵盖几乎所有技术领域。ISO/TC215（健康信息学）成立于1998年，是ISO中专门负责健康信息学标准化的技术委员会，秘书处设在美国（ANSI）。其工作范围涵盖电子健康记录、健康信息交换、医学影像、术语与语义互操作、隐私安全、移动健康及基因组信息学等广泛领域。TC215下设多个工作组，其中WG5（人口与健康信息学）主要负责与人口健康、公共卫生及个体健康相关的信息学标准。ISO/TS23357:2023即由WG5主导制定，并联合了WG2（健康信息学应用）及外部联络组织如全球基因组学与健康联盟（GA4GH）等共同协作完成。2.2制定历程回顾ISO/TS23357的制定经历了系统而严谨的程序，其时间线大致如下：-提案阶段（NewWorkItemProposal,NWIP）：由ISO/TC215/WG5专家基于临床基因组数据共享的迫切需求提出新工作项提案，经过成员国投票通过后正式立项。-工作草案（WorkingDraft,WD）阶段：成立专项起草小组，由来自全球的临床遗传学专家、生物信息学家、健康信息学标准专家、伦理法律专家及产业界代表共同参与，形成工作草案。-委员会草案（CommitteeDraft,CD）阶段：草案提交至TC215委员会内部评审，各成员国国家体提出修改意见，经过多轮讨论和修订。-国际标准草案（DraftInternationalStandard,DIS）阶段：草案进入公示投票期，各成员国正式投票并提出意见。-最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard,FDIS）阶段：综合各方意见形成最终草案进行终投。-正式发布（Publication）：2023年7月3日，ISO/TS23357:2023正式出版发布。值得注意的是，该标准以“技术规范（TS）”而非“国际标准（IS）”的形式发布。TS是ISO针对尚处于技术探索期、需要市场验证的领域发布的一种规范性文件，较IS具有更大的灵活性和迭代空间。这一选择反映了临床基因组数据共享领域技术演进快速、应用场景广泛的现实特点，同时也为未来条件成熟时升级为正式国际标准预留了通道。2.3主要参与国家与组织该标准的制定汇聚了全球多个国家的专家学者和行业组织。主要参与国家包括美国、中国、英国、德国、加拿大、日本、韩国、澳大利亚、法国、荷兰等。同时，多个国际组织和外部联络机构为标准制定提供了专业支持，包括但不仅限于：-全球基因组学与健康联盟（GA4GH）：为数据模型、API接口及互操作框架提供了重要技术参考。-国际医学信息学学会（IMIA）：在健康信息学方法论层面提供了学术支持。-国际病理学会（IAP）：为标准中涉及的分子病理相关内容提供了专业指导。-国际标准化组织/国际电工委员会联合技术委员会1（ISO/IECJTC1）：在信息技术基础标准层面进行了协调。三、标准技术内容概述3.1标准定位与适用范围ISO/TS23357:2023针对的是NGS技术在临床应用场景中所产生的基因组学数据的共享问题，旨在为相关利益方提供一个统一、可操作的数据共享规范。标准的安全范围涵盖但不限于以下应用场景：-遗传病和罕见病的临床分子诊断；-肿瘤精准医疗中的体细胞变异检测与解读；-生殖与产前遗传学筛查；-药物基因组学临床应用；-感染性疾病的病原体基因组监测；-多中心临床研究和人群队列研究中的基因组数据汇交。该标准适用于医疗卫生机构、临床检验实验室、科研机构、测序服务商、生物信息学分析平台、公共卫生监管机构以及相关信息技术开发商等多类主体。3.2核心技术框架ISO/TS23357:2023所构建的技术框架可大致划分为以下几个核心模块。（1）临床基因组数据共享的总体架构标准首先明确了临床基因组数据共享的总体参考架构，提出了数据提供方、数据使用方、数据中介及监管方等角色定义，建立了数据共享的流程模型。该架构覆盖了从数据采集、质量控制、分析解读、数据打包、传输交换到数据接收和整合利用的全生命周期。（2）数据模型与元数据标准在数据模型方面，标准参考了GA4GH制定的数据模型体系和HL7FHIR（快速医疗互操作资源）标准框架，定义了临床基因组数据共享中的核心数据元素。这包括患者基本信息、样本采集与处理信息、测序实验信息（如测序平台、测序深度、覆盖度等）、变异数据（如SNV、InDel、CNV、SV等各类变异类型）、变异注释与临床解读信息（如致病性评级、相关疾病、遗传模式等）及质量控制指标（如Q30比例、比对率、均一性等）。元数据标准是确保数据可发现、可理解、可复用的关键。标准详细规定了与临床基因组数据关联的元数据字段名称、数据类型、取值域及必需性等级，并对样本来源、实验条件、分析软件版本、数据库版本等关键信息提出了记录要求。（3）术语与编码体系为了实现语义层面的互操作性，标准规定了临床基因组数据共享中应使用统一的术语和编码体系。这包括基因和变异命名遵循人类基因组变异协会（HGVS）命名规范，基因本体参照HUGO基因命名委员会（HGNC）标准，疾病分类采用人类孟德尔遗传在线（OMIM）及国际疾病分类（ICD）编码，变异致病性评级参照美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）指南等。通过统一术语和编码，不同系统之间的数据交换可从“语法互操作”提升至“语义互操作”水平。（4）数据质量要求与质量控制指标数据质量是临床基因组数据可靠性的基础。标准对测序原始数据、比对后数据（如BAM/CRAM格式）、变异检出数据（如VCF格式）及临床解读报告分别提出了质量评价维度和最低质量要求。标准规定了精确率、召回率、一致性等量化评价方法，并明确了需记录的质量控制指标，以便数据使用方对数据质量进行独立评估和比较。（5）隐私保护与数据安全鉴于基因组数据的高度敏感性，标准将隐私保护与数据安全作为核心内容加以规范。标准提出了去标识化/假名化的技术要求，规范了数据共享中的知情同意管理机制并将伦理治理要求纳入技术流程。在网络安全方面，标准参照ISO/TS22600（健康信息学中的访问控制）等标准，要求数据传输过程中采用强加密协议（如TLS1.2及以上），访问控制实行最小权限和分级授权原则，并建立完整的数据审计日志体系以支持数据溯源和安全监管。（6）数据共享协议与接口规范为促进不同系统间的技术互操作，标准推荐采用基于HL7FHIR的RESTfulAPI作为数据共享的主要技术接口，同时对VCF等通用基因组数据格式的封装与传输提出了兼容性指导。标准还定义了共享场景中的消息结构、接口响应格式及错误处理机制，降级了系统集成的复杂度。3.3标准与国内外法规的衔接标准在制定过程中充分考虑了对各国现行法律法规的兼容性。在隐私保护层面，标准的技术方案兼顾了欧盟GDPR对数据最小化、目的限制等原则的要求，也考虑了中国《个人信息保护法》《人类遗传资源管理条例》对基因组数据合规管理的特殊规定，同时体现了美国HIPAA法案对受保护健康信息的管理思路。这种法规兼容性的设计使该标准具备在全球范围推广应用的制度基础。四、主要参编单位介绍4.1单位概况ISO/TS23357:2023的制定凝聚了全球多学科专家的智慧和努力。在各参与单位中，美国国家生物技术信息中心（NationalCenterforBiotechnologyInformation,NCBI）在标准制定中发挥了重要的技术骨干作用。NCBI成立于1988年，隶属于美国国家医学图书馆（NLM），是美国国立卫生研究院（NIH）下属机构。NCBI是全球最具影响力的生物信息学数据中心之一，负责运营和维护GenBank、dbSNP、dbVar、ClinVar、SRA（序列读长档案库）等多个国际核心生物数据库。三十余年来，NCBI在生物数据标准化、数据共享机制建设和信息学工具开发方面积累了深厚的技术底蕴。4.2在标准制定中的主要贡献在ISO/TS23357:2023的制定过程中，NCBI专家团队主要在以下方面做出了核心贡献：第一，数据模型设计。NCBI基于其运营ClinVar、dbSNP等大型数据库的经验，为标准中的数据元素定义和数据关联模型设计提供了大量实践案例和技术方案，确保标准中的数据结构能够真实反映临床基因组数据的复杂关联。第二，变异解读与注释规范。NCBI团队主导了标准中变异注释和临床解读部分的框架设计。特别是ClinVar数据库中积累的数十万条人工审编变异—表型关联数据，为制定变异致病性评级信息共享规范提供了宝贵的一手素材和操作经验。第三，数据共享接口参考实现。基于NCBI在E-Utilities和SRA数据检索接口方面的长期实践经验，为标准的API接口定义提供了参考实现和性能基准。第四，数据质量指标体系。NCBI凭借其在大规模数据审编和质量控制中的成熟流程，为标准中数据质量评价维度的设定和质量控制指标的阈值推荐提供了科学依据。4.3行业影响与示范作用除NCBI外，其他主要参与机构还涵盖了全球顶尖的医疗机构和科研单位，包括但不限于：美国布罗德研究所、英国剑桥大学桑格研究所、中国国家基因组科学数据中心、美国梅奥诊所、荷兰莱顿大学医学中心、日本国立癌症研究中心等。这些机构在各自的专业领域都拥有深厚的积累。多个国家标准化机构（如美国国家标准协会ANSI、中国国家标准化管理委员会SAC、英国标准协会BSI等）也积极组织本国专家参与标准制定，并对标准文本进行了多轮技术评审。各专业学会和国际组织的深度参与，使得该标准能够充分反映产学研用各方需求，真正实现了“全球专家共同编写一部国际标准”的目标。五、标准的意义与行业影响5.1对精准医学发展的推动作用ISO/TS23357:2023的发布对全球精准医学的发展具有里程碑意义。通过建立统一的数据共享规范，该标准有效打破了长期制约基因组医学发展的“数据壁垒”，使大规模人群基因组数据汇交与整合分析成为可能。这将极大促进变异-表型关联研究、药物基因组学发现及罕见病病因研究等领域的发展，加速从基因组发现到临床应用的转化进程。5.2对医疗信息化建设的促进作用在医疗信息化层面，该标准为电子健康记录系统与基因组数据系统的集成提供了技术桥梁。通过将NGS临床数据纳入规范化的信息管理框架，医疗机构能够在统一的架构下管理患者的基因组信息和传统临床数据，为临床决策支持系统提供更完整的数据基础。5.3对国际合作的促进效应该标准的发布也为跨境科研合作提供了统一的技术语言。国际大型人群基因组计划（如“十万基因组计划”、“人类泛基因组计划”等）和跨国罕见病协作网络可基于该标准进行数据汇交和交换，在合规的前提下最大化地实现数据价值。5.4政策建议与推进路径为了充分发挥ISO/TS23357:2023的效用，本报告提出以下政策与技术推进建议：-建议各国参考该技术规范，结合本国法规和数据基础，制定国家层面的临床基因组数据共享指南或行业标准，实现国际标准与国内实践的有效衔接。-建议行业联盟和标准化组织开发配套的验证工具、参考数据集与一致性测试套件，为标准的落地实施提供技术支撑。-建议建立国际协调的基因组数据伦理治理框架，为跨境数据共享提供制度保障。六、结论与展望ISO/TS23357:2023的发布是国际健康信息学标准化进程中的一个重要里程碑，标志着临床基因组学数据共享从探索性实践迈向规范化发展的新阶段。该标准通过构建涵盖数据模型、