2021中国生命科学与生物技术发展报告

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第一章 总论
　　一、国际生命科学与生物技术发展态势
　　科技创新离不开科技体制机制的保障，2020年，随着各国陆续进入新一轮规划期，科技体制机制改革成为各国着力推动的重要工作，尤其是新冠肺炎疫情对经济社会发展带来的诸多不确定性，进一步加速了这一进程。在这一背景下，人口健康和医药领域也将迎来更加广阔的发展机遇。与此同时，随着生物技术的快速革新，以及学科交叉融合的日趋深入，人口健康和医药领域朝着数字化、智能化、工程化的方向不断加快发展，这一全新的发展模式也将进一步促进该领域的知识发现，推进诊疗体系创新，提高健康护理水平，助力《健康中国2030》目标的实现。
　　（一）重大研究进展
　　1．智能化成为疾病干预的重要发展方向
　　随着对大脑的结构、分子和发育机理的认识日趋深刻，以及成像技术等工具的优化，脑科学与类脑研究持续深入。新型分子探针 FLiCRE1、核糖体标记神经胞体成像技术 2等新技术提高了研究人员对大脑的观察和控制能力；对运动可推动运动技能学习 3、提高认知记忆能力 4的解析为相关神经退行性疾病的研究提供了思路。在类脑计算方面，基于多阵列的忆阻器存算一体系统 5、亿级神经元类脑操作系统 DarwinOS的推出标志着类脑计算向高效、便携、低功耗发展；脑机接口技术逐步成熟，研究人员利用多巴胺实现了人工神经元和生物神经元 6的异构融合，利用脑机接口技术也实现了在恢复脊髓损伤患者手部运动功能的同时获得触觉反馈 7；另外，美国 Neuralink的 LINK V0.9 系统获美国食品药品管理局（FDA）“突破性设备认定”，通过将电极植入人脑读取脑电波信号，以期治疗神经系统疾病及颅脑外伤患者，该系统的成功研发加速了脑机接口技术的临床应用。
　　人工智能技术已逐步应用于医学研究与医疗实践，如对蛋白质结构预测、为肿瘤匹配最佳药物组合 8，用于乳腺癌筛查、预测 COVID-19病例 9等，均获得了良好的效果。此外，人工智能医疗产品应用加速，2020年，又有多款产品相继获批上市，主要应用于心脏 10、椎骨压缩性骨折 11、脑血管闭塞 12以及新冠肺炎等疾病的筛查与预测。
　　2．精准医学应用日趋深入，新疗法持续突破
　　精准医学研究持续推进，其研究范式已在医学研究和临床中实践和推广。 2020年，更多疾病如肺腺癌、乳腺癌等的精准分型研究取得突破，纳米孔测序、无细胞甲基化 DNA免疫沉淀、复合成像等技术的应用提高了肾癌 14、乳腺癌 15等疾病检测的精准性，助推疾病精准诊断的实现。目前，已有多款精准医学产品落地，首款结合下一代基因测序技术（NGS）和液体活检技术的实体瘤基因组分析产品 Guardant 360 CDx16，以及首个泛肿瘤类型的液体活检产品 FoundationOne. Liquid CDx17相继获美国 FDA批准上市。
　　免疫细胞治疗在血液肿瘤治疗研发方面持续稳步推进，2020年，全球第三款 CAR-T疗法 Tecartus获美国 FDA批准用于治疗套细胞淋巴瘤 18。免疫细胞治疗实体瘤仍未攻克，研发主要围绕免疫逃逸、开发新的免疫治疗细胞类型等。美国宾夕法尼亚大学发现 CD8＋杀伤性 T细胞通常不会从血液移动到器官和组织中 19，解释了免疫细胞治疗实体瘤疗效不足的可能原因；美国宾夕法尼亚大学开发了一种可直接作用于肿瘤的嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-M）20，利用该细胞开发的疗法已获美国 FDA批准开展临床。
　　基因疗法治疗单基因遗传病再迎新药上市，并在遗传病、神经系统疾病和癌症等适应证上取得多项重要进展。 2020年 12月，英国 Orchard Therapeutics公司的 Libmeldy获欧盟批准上市，用于治疗早发型异染性脑白质营养不良 21。美国哈佛大学等通过重编程视神经节细胞（RGC）成功逆转因衰老和青光眼引起的视力损失 22。CRISPR等基因编辑技术推动了基因疗法快速发展和突破，通过改造自体 CD34＋细胞、T细胞等实现了β-地中海贫血和镰状细胞贫血 23、晚期癌症 24等疾病的治疗。此外，美国 Editas Medicine公司还对莱伯氏先天性黑矇 10型（LCA10）患者实施了首次体内 CRISPR-Cas9基因编辑治疗 25。
　　RNA疗法逐渐进入产业收获期，尤其是反义寡核苷酸（antisense oligonuc-leotide，ASO）疗法和小干扰 RNA（small interfering RNA，siRNA）疗法的上市进程加速。 2020年，日本新药株式会社的 ASO药物 Viltepso获美国 FDA批准，用于治疗 53号外显子跳跃杜氏肌营养不良症 26；全球第 3款和第 4款 siRNA药物 Oxlumo27和 Leqvio28相继获批上市，分别用于治疗Ⅰ型原发性高草酸尿症（PH1）和成人高胆固醇血症及混合性血脂异常。此外，预防性 mRNA疫苗上市也实现零的突破，德国 BioNTech公司的 BNT162b2和美国 Moderna公司的 mRNA-1273分别获得美国 FDA的紧急使用授权，用于 SARS-CoV-2病毒的预防 29，30。
　　用于细胞修复的干细胞治疗技术日趋成熟，逐渐形成了从基础研究、临床研究、临床转化，到产业发展的全链条体系。干细胞治疗技术的有效性和安全性不断提升，适应证不断增加，治愈潜力不断提高。 2020年，科研人员进一步攻克了糖尿病干细胞疗法的免疫排斥问题 31，利用皮肤细胞重编程获得的光敏细胞成功使失明小鼠获得了光感 32。同时，干细胞治疗技术的临床转化和产业进程也不断加快。2020年启动的相关临床试验数量接近 600例 33。Bluebird公司开发的干细胞疗法进入了欧洲药品管理局（EMA）的加速审评通道，该疗法利用基因修饰的自体造血干细胞治疗肾上腺脑白质营养不良。
　　3．人类微生物组与健康关系研究快速发展，技术进步推动其向系统化迈进
　　人类微生物组是人体不可或缺的重要组成部分，“解码微生物组”被 Nature杂志选为 2020年最值得关注的技术之一。 2020年，微生物组参考序列解析研究持续推进 34，其中，特定人群微生物组特征解析进一步为疾病的诊断 35和精准治疗 36提供了新的思路。与此同时，越来越多的人类微生物组功能的因果机制被不断解析，为证实微生物组影响全生命周期健康，包括生长发育 37，38、疾病发生发展、营养 39和药物作用提供了依据。多项临床试验结果相继证实粪菌移植在疾病治疗中发挥关键作用 40，41，多款微生态药物临床试验迎来新进展，为批准上市铺平道路 42，43，基于人类微生物组重构的干预方式逐渐成为疾病治疗的另一重要手段。
　　（二）技术进步
　　1．生命组学技术的持续进步促进基线研究全面展开
　　生命组学技术仍然是生命科学发展的重要技术驱动力，随着生命组学技术的持续优化，基线研究越来越广泛地开展起来，已经逐渐成为人口健康和医药领域知识发现的重要模式。
　　首先，基因组、蛋白质组、代谢组技术不断升级，新一代串联质谱标签系统 TMTpro44、空间代谢组分析技术 metaFISH45等一系列技术的优化和开发，进一步提升了组学技术的效率、通量、灵敏性和原位分析能力。在此支撑下，人类蛋白质组测序草图 46、人类蛋白质组互作组图谱 47、完整的人类 X染色体序列 48等