人口健康領(lǐng)域科技進(jìn)展與趨勢(shì)分析*

許 麗 徐 萍 蘇 燕 施慧琳 李禎祺 姚馳遠(yuǎn) 王 玥

（中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心／中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所／中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院，上海200031）

顛覆性技術(shù)和跨學(xué)科技術(shù)正在改變生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究范式、疾病診療模式和健康產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)。人口健康科技的數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化、工程化趨勢(shì)愈加明顯；改造、仿生、再生、創(chuàng)生能力不斷加強(qiáng)；精準(zhǔn)防診治模式不斷深化，早預(yù)防、早診斷的水平不斷提高，新型療法不斷取得突破；跨組學(xué)研究、人類表型組學(xué)、單細(xì)胞與細(xì)胞圖譜研究，以及免疫視角的疾病發(fā)生機(jī)制受到重視。

1 健康科技國(guó)際規(guī)劃與布局

1.1 各國(guó)出臺(tái)專項(xiàng)規(guī)劃保障健康科技創(chuàng)新

健康科技的發(fā)展與應(yīng)用不斷提高人類健康水平，相關(guān)規(guī)劃與計(jì)劃體現(xiàn)了各國(guó)對(duì)該領(lǐng)域的重視。以歐美等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞健康科技做出了系列部署，美國(guó)政府將健康科技列為國(guó)家研發(fā)優(yōu)先領(lǐng)域，歐盟制定相關(guān)規(guī)劃提出健康研究的發(fā)展主題及優(yōu)先領(lǐng)域，英國(guó)也將發(fā)展健康產(chǎn)業(yè)作為退歐后提振經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略，提出系列重大創(chuàng)新項(xiàng)目和配套措施。同時(shí)，我國(guó)高度重視健康科技的發(fā)展，相關(guān)規(guī)劃與部署也將陸續(xù)發(fā)布實(shí)施。

美國(guó)一直關(guān)注健康科技并將之列為國(guó)家研發(fā)優(yōu)先領(lǐng)域。2018年7月，美國(guó)管理和預(yù)算辦公室（OMB）與白宮科技政策辦公室（OSTP）發(fā)布“2020財(cái)年行政機(jī)構(gòu)研發(fā)預(yù)算優(yōu)先事項(xiàng)”備忘錄［1］，將加強(qiáng)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新列入八大優(yōu)先領(lǐng)域之一，提出應(yīng)優(yōu)先考慮基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究，特別是個(gè)性化醫(yī)療、疾病預(yù)防和健康促進(jìn)等；確保健康數(shù)據(jù)的安全性、互操作性、可訪問(wèn)性和可移植性；防范阿片類藥物危機(jī)，遏制傳染病并應(yīng)對(duì)其他公共衛(wèi)生威脅；關(guān)注退伍軍人健康，特別注重保障心理健康和預(yù)防自殺；提高老年人和殘疾人的獨(dú)立性、安全性、福祉和健康。

歐盟持續(xù)資助健康相關(guān)科學(xué)研究。2018年6月，歐盟委員會(huì)發(fā)布“地平線歐洲”計(jì)劃實(shí)施方案提案［2］，提出2021—2027年的發(fā)展目標(biāo)和行動(dòng)路線。其中，健康領(lǐng)域共包含六個(gè)主題，分別是全生命周期健康研究，影響健康的環(huán)境與社會(huì)因素研究，非傳染性疾病與罕見(jiàn)病管理與防控，傳染病研究與應(yīng)對(duì)，衛(wèi)生和保健相關(guān)工具、技術(shù)和數(shù)字化解決方案制定，衛(wèi)生保健系統(tǒng)改革［3］。此外，“歐盟創(chuàng)新藥物計(jì)劃”也發(fā)布了2019年工作的10個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域［4］（糖尿病和代謝紊亂，神經(jīng)退行性疾病及其他神經(jīng)科學(xué)相關(guān)研究，免疫學(xué)，感染性疾病控制，臨床轉(zhuǎn)化的安全性，大數(shù)據(jù)、數(shù)字醫(yī)療、臨床試驗(yàn)及相關(guān)監(jiān)管，腫瘤，先進(jìn)療法臨床轉(zhuǎn)化）以及其他推進(jìn)工作，并持續(xù)支持前期已取得進(jìn)步的研究。

英國(guó)大力發(fā)展健康產(chǎn)業(yè)，作為退歐后提振經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略舉措。2017年底，英國(guó)發(fā)布《英國(guó)創(chuàng)新署：2017—2018年實(shí)施計(jì)劃》［5］，提出了推動(dòng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及商業(yè)轉(zhuǎn)化的系列新舉措，在健康與生命科學(xué)領(lǐng)域主要關(guān)注6個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域，包括開(kāi)發(fā)新型臨床前研究模型、技術(shù)和方法，加速新藥研發(fā)；提高先進(jìn)療法的研發(fā)規(guī)模和產(chǎn)出；聚焦精準(zhǔn)醫(yī)療，提高診療效果，并創(chuàng)新產(chǎn)品銷售模式；利用前沿技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力；革新食品技術(shù)和工藝，提高食品質(zhì)量；利用生物技術(shù)應(yīng)對(duì)健康、食物和能源領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。2018年12月，英國(guó)發(fā)布第二輪《產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略：生命科學(xué)部門協(xié)定》［6］，進(jìn)一步推出系列重大創(chuàng)新項(xiàng)目和配套措施，包括建設(shè)世界領(lǐng)先的健康隊(duì)列；未來(lái)5年完成全球首個(gè)100萬(wàn)人全基因組測(cè)序，以及500萬(wàn)人基因組分析；支持?jǐn)?shù)字病理學(xué)和放射學(xué)計(jì)劃；支持建設(shè)區(qū)域數(shù)字創(chuàng)新中心網(wǎng)絡(luò)，提供專家臨床研究數(shù)據(jù)服務(wù)，以及推動(dòng)數(shù)據(jù)分析和共享。

我國(guó)也高度重視健康科技的發(fā)展，并將其列為重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃部署。2019年，由16部委員編制的《國(guó)家生物技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》即將發(fā)布，該綱要將加快生物醫(yī)藥等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的突破和應(yīng)用；“十四五”衛(wèi)生健康規(guī)劃前期研究也正在組織開(kāi)展。列入“十三五”規(guī)劃“科技創(chuàng)新2030—重大項(xiàng)目”的腦科學(xué)與類腦研究、健康保障2個(gè)健康領(lǐng)域項(xiàng)目，也將于2019年全面啟動(dòng)實(shí)施。

1.2 國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃陸續(xù)醞釀啟動(dòng)

科學(xué)界逐漸認(rèn)識(shí)到全球合作的必要性，積極探討開(kāi)展協(xié)作，國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃陸續(xù)醞釀啟動(dòng)。2018年11月，“地球生物基因組計(jì)劃（EBP）”啟動(dòng)，計(jì)劃在10年內(nèi)對(duì)約150萬(wàn)種已知真核生物進(jìn)行測(cè)序和序列注釋，該計(jì)劃由美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分?？茖W(xué)家于2017年2月發(fā)出倡議，獲得美國(guó)、英國(guó)、挪威、巴西、中國(guó)等多個(gè)國(guó)家科學(xué)家積極響應(yīng)。2018年3月，科學(xué)家在《科學(xué)》上發(fā)文，宣布啟動(dòng)全球病毒組計(jì)劃（The Global Virome Project），這是一項(xiàng)國(guó)際合作計(jì)劃，耗資12億美元，歷時(shí)10年，旨在鑒定出地球上大部分未知病毒，并阻止其傳播。與此同時(shí)，國(guó)際腦科學(xué)計(jì)劃開(kāi)始推進(jìn)，繼歐洲、日本、韓國(guó)、美國(guó)和澳大利亞5個(gè)國(guó)家／地區(qū)的腦科學(xué)研究計(jì)劃代表于2017年底簽署《發(fā)起國(guó)際腦科學(xué)計(jì)劃（IBI）的意向聲明》后，中國(guó)與加拿大也積極響應(yīng)。2018年，國(guó)際腦科學(xué)計(jì)劃通過(guò)多次會(huì)議確定了其愿景、目標(biāo)及組織架構(gòu)，于2019年初成立實(shí)體機(jī)構(gòu)推動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，并發(fā)布了“下一代神經(jīng)科學(xué)網(wǎng)絡(luò)（NeuroNex）”資助項(xiàng)目［7］，旨在建立全球性的神經(jīng)科學(xué)技術(shù)研究與資助網(wǎng)絡(luò)，共同解決神經(jīng)科學(xué)問(wèn)題。

1.3 熱點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)規(guī)劃相繼布局實(shí)施

細(xì)胞圖譜、生物大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與高效利用、基因編輯技術(shù)、腦科學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、人工智能醫(yī)學(xué)影像以及抗微生物藥物耐藥性是目前健康科技領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)，各國(guó)圍繞這些領(lǐng)域相繼推出一系列專項(xiàng)計(jì)劃。

細(xì)胞圖譜研究逐漸受到各國(guó)政府重視。在陳-扎克伯格計(jì)劃（CZI）資助下，“人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃（HCA）”自2016年啟動(dòng)以來(lái)，已開(kāi)展123個(gè)研究項(xiàng)目，并獲得首批細(xì)胞分析數(shù)據(jù)［8］。歐盟“地平線2020”計(jì)劃、英國(guó)醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)，以及維康信托基金等私營(yíng)基金均向HCA計(jì)劃投資。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）也啟動(dòng)細(xì)胞圖譜相關(guān)計(jì)劃——“人類生物分子圖譜計(jì)劃（HuBMAP）”［9］與之協(xié)同推進(jìn)，顯示出對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展前景的認(rèn)同。

各國(guó)持續(xù)關(guān)注并推進(jìn)生物大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與高效利用。2018年6月，美國(guó)NIH發(fā)布《數(shù)據(jù)科學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃》［10］，為其“生物醫(yī)藥數(shù)據(jù)科學(xué)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)”制定發(fā)展路線圖，核心目標(biāo)包括解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高效性和安全性問(wèn)題，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大化利用；為數(shù)據(jù)使用中涉及的成果產(chǎn)出、使用過(guò)程的高效性和安全性，以及相關(guān)倫理問(wèn)題制定相應(yīng)的策略方針，確保由NIH資助的全部數(shù)據(jù)科學(xué)活動(dòng)和相應(yīng)產(chǎn)品符合可查找、可訪問(wèn)、可交互、可再用的原則。英國(guó)健康數(shù)據(jù)研究所于2019年4月發(fā)布《研究所一體化戰(zhàn)略（2019—2020）》［11］，提出基于大規(guī)模數(shù)據(jù)和先進(jìn)分析方法，改善科研和臨床現(xiàn)狀、提升公共健康水平的20年愿景，并制定了6項(xiàng)優(yōu)先行動(dòng)計(jì)劃，具體包括創(chuàng)建人類表型組計(jì)劃，促進(jìn)健康數(shù)據(jù)科學(xué)工具和技術(shù)的應(yīng)用，加速發(fā)現(xiàn)復(fù)雜疾病成因，推動(dòng)更好、更快、更有效的臨床試驗(yàn)開(kāi)展，改善公共衛(wèi)生狀況，以及加快數(shù)字醫(yī)療發(fā)展。日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)研發(fā)戰(zhàn)略中心也于2019年4月提出“推進(jìn)數(shù)據(jù)整合和人類生物醫(yī)學(xué)研究”戰(zhàn)略建議［12］，以推動(dòng)個(gè)體化預(yù)防／預(yù)測(cè)醫(yī)學(xué)新醫(yī)療模式的實(shí)現(xiàn)，也將疾病和醫(yī)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化／構(gòu)建下一代電子病歷系統(tǒng)列入9個(gè)關(guān)鍵主題之一。

基因編輯技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)生命科學(xué)領(lǐng)域的跨越發(fā)展，各國(guó)繼續(xù)加大力度推動(dòng)其創(chuàng)新，同時(shí)也開(kāi)始探討監(jiān)管問(wèn)題。2018年初，美國(guó)NIH宣布投入1.9億美元資助體細(xì)胞基因編輯研究［13］，旨在開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的基因編輯技術(shù)，以保證體細(xì)胞基因編輯的安全性和有效性，并實(shí)現(xiàn)研究工具和數(shù)據(jù)資源的共享；2018年10月，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）發(fā)布《動(dòng)植物生物技術(shù)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》［14］，提出通過(guò)提供高質(zhì)量的技術(shù)支持，及制定相關(guān)政策與監(jiān)管制度，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、保證基因編輯等技術(shù)的安全創(chuàng)新，并計(jì)劃于2019年發(fā)布相關(guān)監(jiān)管指導(dǎo)文件。同時(shí)，全球經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織（OECD）從經(jīng)濟(jì)、法律和社會(huì)的角度，詳細(xì)探討了基因編輯技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域所帶來(lái)的益處與風(fēng)險(xiǎn)，并探討了其監(jiān)管、創(chuàng)新政策和未來(lái)發(fā)展等問(wèn)題［15］。

美、歐、日等國(guó)家／地區(qū)的腦科學(xué)研究持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)的腦科學(xué)研究計(jì)劃也有望實(shí)施。根據(jù)美國(guó)NIH在BRAIN計(jì)劃提出之初的規(guī)劃［16］，2021財(cái)年該計(jì)劃將進(jìn)入第二階段（BRAIN 2.0）。2019年初，NIH推出 BRAIN 2.0規(guī)劃的征求意見(jiàn)稿［17］，對(duì)研究腦細(xì)胞類型多樣性、繪制多尺度腦圖譜、理解腦活動(dòng)的神經(jīng)回路機(jī)制、探索腦結(jié)構(gòu)與功能關(guān)聯(lián)、開(kāi)發(fā)腦研究的理論和數(shù)據(jù)分析工具、創(chuàng)新神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù)、整合以上新技術(shù)全面解析腦活動(dòng)7個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域的進(jìn)展進(jìn)行評(píng)估，并提出中短期和長(zhǎng)期目標(biāo)。側(cè)重于人腦模擬的歐盟人腦計(jì)劃（HBP）持續(xù)資助相關(guān)研究，并推出了全球最大的“人造大腦”SpiNNaker；歐洲大腦理事會(huì)（EBC）與歐盟聯(lián)合啟動(dòng)“歐洲大腦研究區(qū)域”（EBRA）合作項(xiàng)目［18］，促進(jìn)對(duì)歐洲及全球腦計(jì)劃的協(xié)調(diào)支持、數(shù)據(jù)共享和基礎(chǔ)設(shè)施保障。日本的腦圖譜計(jì)劃（Brain／MINDS）建立數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站［19］，并推出狨猴基因圖譜（Marmoset Gene Atlas）數(shù)據(jù)庫(kù)［20］。我國(guó)列入“十三五”規(guī)劃的“腦科學(xué)與類腦研究”也有望于2019年全面啟動(dòng)實(shí)施，旨在以腦認(rèn)知原理為主體，以類腦計(jì)算與腦機(jī)智能、腦重大疾病診治為兩翼，搭建關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，搶占腦科學(xué)前沿研究制高點(diǎn)。

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究持續(xù)推進(jìn)。2018年，美國(guó)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃百萬(wàn)人隊(duì)列項(xiàng)目正式開(kāi)放全國(guó)招募［21］；英國(guó)“十萬(wàn)人基因組計(jì)劃”完成，將啟動(dòng)全球首個(gè)100萬(wàn)人全基因組測(cè)序，并計(jì)劃在同一階段完成全球最大規(guī)模（500萬(wàn)人）的人群基因組分析。我國(guó)“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)百萬(wàn)人群隊(duì)列部署完成、十萬(wàn)人基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)。

人工智能（AI）向健康科技領(lǐng)域的滲透正在改變醫(yī)療供給模式，重構(gòu)健康服務(wù)體系，尤其是在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用正快速實(shí)現(xiàn)。繼美國(guó)國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)（NSTC）于2017年底發(fā)布《醫(yī)學(xué)影像研發(fā)路線圖》［22］，將加強(qiáng)AI在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用作為領(lǐng)域的四大目標(biāo)之一，2019年上半年，美國(guó)NIH相繼發(fā)布了《人工智能＋醫(yī)學(xué)影像的基礎(chǔ)研究路線圖》［23］和《人工智能＋醫(yī)學(xué)影像的轉(zhuǎn)化研究路線圖》［24］，針對(duì)AI應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像的基礎(chǔ)研究和臨床轉(zhuǎn)化，分別提出了優(yōu)先發(fā)展方向。其中，基礎(chǔ)研究方面，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展能產(chǎn)生可解讀圖像的圖像重建技術(shù)、對(duì)電子病歷等數(shù)據(jù)源中圖像的自動(dòng)標(biāo)注方法、針對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、可解釋診療建議的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的去識(shí)別化及共享的有效方法5個(gè)方向；臨床轉(zhuǎn)化方面，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展AI軟件用例、數(shù)據(jù)可獲取性、應(yīng)用于臨床實(shí)踐的算法的安全性和有效性、AI算法臨床集成標(biāo)準(zhǔn)4個(gè)方向，以推動(dòng)AI在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用。2018年11月，英國(guó)商業(yè)、能源與工業(yè)戰(zhàn)略部宣布建立5個(gè)AI數(shù)字化病理與成像卓越中心［25］，以推動(dòng)AI技術(shù)賦能醫(yī)學(xué)影像分析等，提高疾病早期診斷和臨床決策效率。

抗微生物藥物耐藥性已經(jīng)成為迫切需要解決的全球性重大健康問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)與各國(guó)政府倡導(dǎo)將其納入國(guó)家計(jì)劃。2019年4月，聯(lián)合國(guó)發(fā)布報(bào)告《時(shí)不我待：應(yīng)對(duì)耐藥感染保護(hù)人類未來(lái)》［26］，依據(jù)健康一體化（One Health）方針，提出四項(xiàng)建議，包括將應(yīng)對(duì)該問(wèn)題納入國(guó)家計(jì)劃，提高投資和加強(qiáng)能力建設(shè)；加強(qiáng)監(jiān)管，使醫(yī)務(wù)人員謹(jǐn)慎、負(fù)責(zé)任地使用抗微生物藥物；增加投入，研發(fā)應(yīng)對(duì)耐藥性問(wèn)題的新技術(shù)；逐步減少在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中抗微生物藥物的大規(guī)模使用。英國(guó)政府自2000年以來(lái)一直倡導(dǎo)采取行動(dòng)解決抗微生物藥物耐藥性（AMR）問(wèn)題，并于2013年首次制定了5年戰(zhàn)略計(jì)劃。2019年初，英國(guó)政府發(fā)布抗微生物藥物耐藥性 20年展望［27］和 5年行動(dòng)計(jì)劃［28］，以在 2040年前有效遏制、控制和減輕抗微生物藥物耐藥性。作為實(shí)現(xiàn)20年展望的第一步，5年行動(dòng)計(jì)劃集中討論了應(yīng)對(duì)AMR的3個(gè)關(guān)鍵途徑，即減少對(duì)抗微生物藥物的需求及接觸、優(yōu)化對(duì)抗微生物藥物使用的管理、增加創(chuàng)新投入以保障抗微生物藥物的供應(yīng)和可獲得性。

2 健康科技發(fā)展趨勢(shì)及重要研究進(jìn)展

2.1 生命解析更加系統(tǒng)化，不斷取得突破

三代測(cè)序技術(shù)助力高質(zhì)量基因組圖譜的繪制，生成首個(gè)完整精確的人類Y染色體著絲粒圖譜［29］。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)進(jìn)步使不同細(xì)胞類型得以精確識(shí)別和標(biāo)記，為細(xì)胞圖譜繪制鋪平道路［30］。修飾蛋白質(zhì)富集技術(shù)和質(zhì)譜分析技術(shù)的進(jìn)步推進(jìn)蛋白質(zhì)修飾組學(xué)研究向深度覆蓋、高特異性、高通量方向發(fā)展，以更好地應(yīng)用于生物標(biāo)志物和藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)以及疾病病理研究［31］。代謝組學(xué)已被廣泛應(yīng)用于鑒定生物標(biāo)志物和表征生物作用機(jī)制［32］。美國(guó)“癌癥基因組圖譜（TCGA）計(jì)劃”基于多組學(xué)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)的綜合分析，成功繪制出“泛癌癥圖譜”（Pan-Cancer Altas）［33］。2018年《自然》雜志展望可能改變生命科學(xué)研究的六大技術(shù)，提出“連接基因型和表型”是了解疾病發(fā)生、發(fā)展機(jī)制并開(kāi)發(fā)新療法的有效手段；利用表型組研究新方法“表型風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)”預(yù)測(cè)人類遺傳性疾病，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力［34］。

導(dǎo)致仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果存在誤差的因素有很多[7]：一、LTCC工藝精度的誤差，線寬、線間距以及層間對(duì)位等均存在一定的誤差。二、測(cè)試時(shí)引入的誤差，底板夾具及SMA頭等必然會(huì)帶來(lái)一定的損耗及阻抗變化。所以，仿真設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)當(dāng)比指標(biāo)要求略好，為加工誤差留有一定的余量。

單細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展和細(xì)胞圖譜繪制推動(dòng)細(xì)胞層面的研究，新方向和新突破正在醞釀。STAR-map方法［35］與識(shí)別體內(nèi)細(xì)胞亞型的高通量單細(xì)胞研究技術(shù)［36］相繼面世，有助于基因和細(xì)胞的空間信息分析。熱帶爪蟾［37］、斑馬魚［38］胚胎發(fā)育圖譜實(shí)現(xiàn)在單細(xì)胞水平上追蹤生物體發(fā)育過(guò)程，入選《科學(xué)》雜志評(píng)選的2018年十大科學(xué)突破；小鼠下丘腦視前區(qū)細(xì)胞空間圖譜［39］為更好理解大腦運(yùn)作方式奠定基礎(chǔ)；肝癌［40］、非小細(xì)胞肺癌［41］和結(jié)直腸癌［42］微環(huán)境 T細(xì)胞圖譜為免疫治療提供新的指導(dǎo)性思路。

2.2 人工智能與腦科學(xué)研究不斷深入

可視化技術(shù)及類腦芯片的開(kāi)發(fā)推動(dòng)腦科學(xué)研究邁出新步伐，相關(guān)研究持續(xù)突破。技術(shù)上，基于G蛋白偶聯(lián)受體的乙酰膽堿傳感器（GACh）［43］實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)元交流的可視化；模擬血腦屏障的新型類腦芯片［44］可作為研究血腦屏障與大腦相互作用的有效模型。在腦細(xì)胞普查和基因組研究方面，美國(guó)BRAIN計(jì)劃細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)（BICCN）項(xiàng)目首批數(shù)據(jù)包含130多萬(wàn)個(gè)鼠腦細(xì)胞的分子特征和解剖學(xué)數(shù)據(jù)。

2018年，人工智能技術(shù)用于疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、診斷和病理分析的研究突破不斷，如利用AI預(yù)測(cè)個(gè)體患急性骨髓性白血病［45］、心血管疾?。?6］的風(fēng)險(xiǎn)，完成了腦腫瘤［47］、肺癌的診斷與分型以及眼部疾病診斷。AI醫(yī)療產(chǎn)品相繼獲批，如美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）相繼批準(zhǔn)檢測(cè)糖尿病患者視網(wǎng)膜病變的AI設(shè)備IDx-DR、基于腦部CT圖像的AI輔助分診產(chǎn)品。

2.3 改造、仿生、再生、創(chuàng)生能力不斷加強(qiáng)

基因編輯技術(shù)不斷優(yōu)化，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域變革性發(fā)展?；蚓庉嫾夹g(shù)在編輯效率、精準(zhǔn)度方面不斷優(yōu)化，高通量精確基因編輯可高效創(chuàng)建大量特定遺傳變異［48-50］，實(shí)現(xiàn) C與 T［51］、mC至 T［52］的精準(zhǔn)編輯，安全性得到進(jìn)一步提升［53，54］；同時(shí)，Cas14酶［55］、Cas13d酶［56，57］、ScCas9酶［58］、xCas9酶［59］、CasRx酶［60］等 的 開(kāi) 發(fā) 進(jìn) 一 步 擴(kuò) 充 了CRISPR系統(tǒng)的工具箱。應(yīng)用上，基因編輯技術(shù)先后在人工改造染色體［61］、細(xì)胞發(fā)育譜系追蹤［62，63］、動(dòng)物模型構(gòu)建［64，65］等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，在治療線粒體疾?。?6，67］和單基因突變遺傳病［68，69］中的潛力開(kāi)始顯現(xiàn)，臨床試驗(yàn)陸續(xù)獲得批準(zhǔn)開(kāi)展。

再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)?；A(chǔ)研究方面，成功構(gòu)建孤雄小鼠［70］，首次實(shí)現(xiàn)人類卵原細(xì)胞的體外構(gòu)建［71］，發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞歸巢機(jī)制［72］。臨床研究方面，利用干細(xì)胞結(jié)合基因療法使眼盲小鼠重新產(chǎn)生視覺(jué)反應(yīng)［73］；組織工程療法在多種疾病治療中展現(xiàn)出穩(wěn)定效果，我國(guó)首例接受干細(xì)胞結(jié)合復(fù)合膠原支架治療卵巢早衰的患者成功產(chǎn)下健康嬰兒；3D生物打印技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，在保證細(xì)胞存活率和多層結(jié)構(gòu)同步打印等方面獲得突破［74］，助力組織工程技術(shù)的升級(jí)；人類大腦類器官已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在小鼠體內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間存活［75］。此外，我國(guó)成功構(gòu)建了世界首例體細(xì)胞克隆猴［76］，對(duì)靈長(zhǎng)類疾病模型的建立具有重要意義；首次實(shí)現(xiàn)豬心臟在狒狒體內(nèi)的長(zhǎng)期存活［77］，為人類心臟的異種移植奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

合成生物學(xué)研究從單一生物部件的設(shè)計(jì)，拓展到對(duì)多種基本部件和模塊的整合。首次實(shí)現(xiàn)人工創(chuàng)建單條染色體的真核細(xì)胞［78］?；谀┒嗣撗鹾塑账徂D(zhuǎn)移酶（TdT）的寡核苷酸合成策略［79］、能夠低成本構(gòu)建大型基因文庫(kù)的DropSynth技術(shù)［80］，預(yù)示基因合成邁向高效率與低成本。SCRaMbLEd等［81-86］一系列宏合成生物學(xué)技術(shù)能夠控制工程生命系統(tǒng)的進(jìn)化。合成生物學(xué)不但在DNA編寫器和分子記錄器、組織細(xì)胞編程、生物電子學(xué)融合等技術(shù)領(lǐng)域不斷拓展，而且在基礎(chǔ)生物化學(xué)、臨床疾病診療、商品工業(yè)生產(chǎn)等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。

2.4 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究不斷推進(jìn)，新型療法取得突破

自2017年首個(gè)基因療法諾華Kymriah上市后，免疫治療研究熱度攀升，成為產(chǎn)業(yè)投資熱點(diǎn)。免疫治療抵抗［90，91］研究取得多項(xiàng)重要突破，新藥發(fā)現(xiàn)和臨床試驗(yàn)成果突出，有望推廣應(yīng)用于更多適應(yīng)癥。研究人員利用異體T細(xì)胞治愈進(jìn)行性多灶性白質(zhì)腦病（PML）多例患者［92］。葛蘭素史克公司研發(fā)了干擾素基因刺激蛋白（STING）的小分子激動(dòng)劑，為腫瘤免疫治療提供新的候選藥物［93］。

基因療法、RNAi療法等新型療法從臨床走向應(yīng)用。2018年，F(xiàn)DA發(fā)布一系列針對(duì)特定疾病的基因療法指南草案，為基因療法的臨床前測(cè)試、臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供規(guī)范和指導(dǎo)。8月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)首個(gè)基于核酸干擾（RNAi）技術(shù)的治療藥物Onpattro，用于治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR）引發(fā)神經(jīng)損傷的成人患者［94］。

人類微生物組與健康研究從菌群普查和關(guān)聯(lián)性研究，向因果機(jī)制揭示和應(yīng)用性研究邁進(jìn)。美國(guó)克利夫蘭診所等開(kāi)發(fā)出基于膽堿類似物阻止腸道微生物分泌三甲胺N-氧化物，從而顯著降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)［95］等人體微生物組調(diào)控的疾病療法。研究證實(shí)，益生菌腸道定植存在個(gè)體化差異［96］，抗生素治療后使用益生菌會(huì)阻礙腸道微生物組的恢復(fù)［97］。

3 結(jié)語(yǔ)與未來(lái)展望

當(dāng)今，科技競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，健康科技與產(chǎn)業(yè)更是各國(guó)戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域。結(jié)合國(guó)際人口健康領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)，對(duì)我國(guó)未來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展提出以下建議：

1）針對(duì)領(lǐng)域發(fā)展新趨勢(shì)，制定與之相適應(yīng)的科技規(guī)劃與管理體系

學(xué)科會(huì)聚、技術(shù)驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)新要素整合，推動(dòng)健康科技進(jìn)程不斷加速，基礎(chǔ)研究、轉(zhuǎn)化研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的界限愈加模糊，創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈條大大縮短，企業(yè)創(chuàng)新空前活躍，由原來(lái)的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)為主向基礎(chǔ)研究滲透。在此趨勢(shì)下，更加需要與之相匹配的、靈活的、更能激發(fā)創(chuàng)新活力、創(chuàng)新主體更加融合的科技規(guī)劃與管理體系。

2）瞄準(zhǔn)領(lǐng)域重大科學(xué)問(wèn)題，積極牽頭和參與國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃

生命科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入大科學(xué)、大發(fā)現(xiàn)時(shí)代，許多科學(xué)問(wèn)題的研究范圍、規(guī)模、成本和復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一個(gè)國(guó)家的能力，必須開(kāi)展雙邊和多邊的科技合作，甚至是全球合作。與此同時(shí)，我國(guó)已出臺(tái)政策鼓勵(lì)積極牽頭組織國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。生命科學(xué)作為最為活躍的領(lǐng)域之一，新興技術(shù)和重大發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，因此，需積極組織專家研討凝練領(lǐng)域重大科學(xué)問(wèn)題，醞釀組織、發(fā)起國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，以提升我國(guó)在該領(lǐng)域的科研水平，實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展的目標(biāo)。

3）關(guān)注前沿新興技術(shù)發(fā)展，健全監(jiān)管政策與倫理體系

人工智能、基因編輯、合成生物學(xué)、再生醫(yī)學(xué)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，給監(jiān)管和倫理帶來(lái)挑戰(zhàn)，需及時(shí)制定相應(yīng)監(jiān)管政策和倫理規(guī)范，應(yīng)對(duì)新興技術(shù)可能帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)和倫理問(wèn)題，引導(dǎo)我國(guó)健康產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化有序發(fā)展。