2012科學發展報告（簡體書）

《2012科學發展報告》是中國科學院發布的年度系列報告《科學發展報告》的第十五本，旨在綜述2011年度世界科技進展與發展趨勢，評述科學前沿與重大科學問題，報道我國科學家所取得的突破性成果，介紹科學在我國實施“科教興國”與“可持續發展”兩大戰略中所起的作用，并向國家提出有關中國科學發展戰略和政策的建議，特別是向全國人大和全國政協會議提供科學發展的背景材料，為高層科學決策提供參考。

《2012科學發展報告》是中國科學院科學與社會系列報告之一。

新科技革命的拂曉(代序)白春禮
前言
中國科學院“科學發展報告”課題組
第一章 科學展望
1.1 發展轉化醫學，建設國家級轉化醫學研究中心
1.2 我國地震減災中地震學面臨的巨大挑戰

第二章 科學前沿
2.1 2010.9 ～2011.8 物理學、化學、生物學、醫學前沿的熱門課題
2.2 線性光學量子信息處理取得重要進展
2.3 三維拓撲絕緣體電子結構調控與研究——碲化銻的生長和研究取得重要進展
2.4 聚合物太陽能電池光伏材料研究進展
2.5 石墨烯材料科技與產業現狀
2.6 復雜疾病的遺傳易感性
2.7 老年性癡呆的研究進展
2.8 2011年世界科技發展綜述

第三章 2011年諾貝爾科學獎評述
3.1 遙遠的超新星和加速膨脹的宇宙
——2011年諾貝爾物理學獎評述
3.2 準周期晶體
——2011年諾貝爾化學獎評述
3.3 關于天然免疫與樹突狀細胞領域的研究進展
——2011年度諾貝爾生理學/醫學獎評述

第四章 2011年中國科學家具有影響力的部分工作
4.1 李群的無窮維表示論研究.
4.2 宇宙學尺度上哥白尼原理的驗證
4.3 中國科學家參加的相對論重離子對撞機STAR實驗捕獲到最重反物
質原子核
4.4 超強超短激光驅動的尾波場電子加速研究取得突破性進展
4.5 碳納米管的高效光伏倍增效應
4.6 分子材料和器件的研究取得新進展
4.7 單原子催化劑
4.8 手性合成中的新催化劑和新反應研究——手性氮氧配體和催化劑及高效高選擇性催化不對稱
4.9 骨架蛋白INAD
——果蠅眼睛信號傳導的氧化還原動態調節器
4.10 BRI1識別油菜素內酯及其活化的分子機制
4.11 突破體細胞“變身”障礙
4.12 miR-499調控心肌細胞凋亡的分子機制研究
4.13 天然免疫調控的新型分子機制研究
4.14 我國新發傳染病發熱伴血小板減少綜合征和新布尼亞病毒
4.15 屠呦呦獲2011年拉斯克獎
4.16 迄今最古老的多細胞宏體生物化石群
——“藍田生物群”
4.17 卡定二疊紀末生物大滅絕的時間
4.18 土壤-大氣間HONO交換新機制
4.19 冰期-間冰期印度夏季風動力學：北半球熱力牽引和南半球壓力推動

第五章 公眾關注的科學熱點
5.1 化學與文明進步：中國的實例
5.2 我國“旱澇并存、旱澇急轉”的災害與預測探討
5.3 食品安全管理及科技支撐面臨問題分析
5.4 太空垃圾的危害及解決方案
5.5 載人航天空間交會對接
——空間科學與應用發展新階段

第六章 科技戰略與政策.
6.1 明晰定位，實施“民主辦院、開放興院、人才強院”發展戰略，加快出成果出人才出思想
6.2 關于我國學科發展戰略的幾點思考
6.3 “十二五”科技規劃為未來五年我國科技發展指明方向
6.4 2011年世界主要國家科技與創新戰略新進展

第七章 中國科學發展概況
7.1 2011年科技部基礎研究主要工作進展
7.2 2011年度國家最高科學技術獎概況
7.3 2010年度國家自然科學獎獎勵情況綜述
7.4 國家自然科學基金2011年度資助情況
7.5 科學基金資助與管理績效國際評估
7.6 中國基礎研究10年發展概要

第八章 科學家建議
8.1 構建符合我國國情的智能電網
8.2 推行綠色建筑促進節能減排改善人居環境
8.3 關于南水北調中線工程核心水源區生態經濟可持續發展的咨詢建議
8.4 將建立醫院分類評價體系作為公立醫院改革切入點的建議
附錄
附錄一：2011年中國與世界十大科技進展
附錄二：2011年中國科學院、中國工程院新當選院士名單
附錄三：香山科學會議2011年學術討論會一覽表

1.1 發展轉化醫學，建設國家級轉化醫學
研究中心
曾益新 徐淼
(北京協和醫學院，中國醫學科學院)
2011年召開的第66屆聯合國大會專設以慢性非傳染性疾病防控為主題的高級別會議。隨著醫學的進步、人類壽命的延長，威脅人類生命的主要原因已由單一因素(如細菌或病毒)引起的感染性疾病轉變為多因素(如遺傳、環境、社會、心理)引起的慢性疾病。在這樣的背景下，轉化醫學(translational medicine)應運而生，成為近10年國際醫學領域最炙手可熱的話題。它的核心理念是在基礎研究與臨床醫學之間架起緊密相連的橋梁，使臨床的需求能夠迅速成為基礎研究的項目，使基礎研究的成果及相關領域技術迅速轉化為可在臨床實際應用的理論、技術、方法和藥物，成為實驗室到臨床(bench to bedside,B2B)之間一條綠色通道，促進醫學的快速進步，讓科技更好地為人類服務。
一、轉化醫學的提出具有劃時代意義
1.背景：現代分子生物學的快速發展尚未有效轉化為臨床應用
加強基礎研究和臨床之間的合作和相互促進，并不是一個新的概念。其實直到20世紀60年代基礎科學研究和臨床科學研究的結合仍非常緊密，正是由于許多臨床醫生參與基礎科學研究，醫學在過去的一個世紀取得了巨大的成功。一系列嚴重危害人類生命和健康的傳染病、寄生蟲病和營養缺乏性疾病得到了有效控制，成為了20世紀醫學發展的重要標志。以磺胺類、青蒿素、青霉素、鏈霉素等為代表的抗生素的發現和使用，疫苗技術的發展和推廣，使得曾經嚴重威脅人類生命的許多感染性疾病被消滅或得到有效控制；對免疫機制的深入研究很大程度上解決了器官和骨髓移植的排異反應問題，拓展了外科和腫瘤治療領域；維生素等必需營養成分的闡明，衛生條件、居住環境的改善也為控制傳染病和流行病做出了巨大貢獻。這每一次突破無不是臨床研究和基礎及流行病學研究密切結合的成果。20世紀中後期，由于醫學進步和生活方式的改變，發達國家和我國這樣的發展中國家疾病譜發生了顯著的轉變，已從急性病轉向慢性病為主，心腦血管疾病、惡性腫瘤成為最主要死因。研究者們逐漸認識到以心腦血管疾病和腫瘤為代表的慢性病是系統性復雜疾病，往往不是由某一基因或者某一單一因素所造成的。傳統的單因素研究方法已經無法滿足慢性病防治的需要。正好限制性內切?、基因克隆和測序等基本分子生物學技術在20世紀70年代之後取得突破，使基礎研究領域發生了飛躍，人們對生命活動和疾病的本質和機制展開了更深入的探索，取得了前所未有的進展。特別是隨著人類基因組計劃的完成(1990～2003年)和基因測序成本快速降低，生命科學研究已經從針對一個基因、一個蛋白質或一個分子的研究模式轉換成針對所有基因、所有蛋白質和所有分子開展研究。生命科學研究進入了“組學”研究時代，基因組學、蛋白質組學、代謝組學如火如荼展開，積累了大量的數據，但是對這些數據的理解和闡釋非常有限。和這些對生命活動和疾病機制的認識、各種組學所積累的大量數據和巨大的投入(美國在近40年間投入腫瘤研究經費多達2000億美元)形成鮮明對比的是，基礎科學領域的研究成果非常有限地轉化為臨床應用。醫學研究在日趨深入的同時日趨復雜化，基礎與臨床醫學的隔閡越來越大。這已成為當前醫學研究和醫學教育的最大問題和障礙，嚴重制約了醫學的發展。因此，將這些認知和大量數據有效轉化為指導臨床
實踐的知識和技術成為現階段醫學研究領域迫在眉睫需要解決的問題。轉化醫學的概
念應運而生。
2. 概念：實現轉化研究的三個階段
1992年美國華盛頓大學醫學院神經科D.W. Choi醫生在《科學》雜志首次提出“從實驗室到病床旁”的概念。1996年，歐洲腫瘤研究所杰拉蒂(J.Geraghty)醫生在《柳葉刀》(Lancet)雜志上首次提出“轉化醫學”這一新名詞。2003年，美國國立衛生研究院(NIH)前任院長澤古尼(E.A.Zerhouni)在2003年提出的NIH 21世紀發展路線圖(NIH Roadmap)中首次全面闡述轉化醫學概念，并將其定位為科研改革和提高醫療水平的關鍵舉措。之後，轉化醫學逐漸升溫，其定義和內涵也在不斷地變化和豐富。現在研究者普遍接受的觀點即轉化醫學研究是將醫學基礎研究中獲得的關于疾病發病機制及治療機制的新認識快速有效地轉化為臨床醫療新技術，直接服務于廣大患者對疾病的診斷、治療和預防，以實現其社會效益和經濟效益。同時，也強調臨床問題要盡快轉化為基礎研究的課題，基礎和臨床研究的成果要盡快轉化為政府的公共衛生政策，更大范圍造福人民。為了實現這一轉化目的，研究者們將轉化研究的過程分為以下三個階段(圖1)：
T1階段，從基礎研究向臨床科學研究的轉化，包括新藥物、新設備和新的診斷試劑的研發等；T2階段，從臨床研究向臨床實際操作轉化，將已經在臨床驗證并得到充分循證醫學證據的研究結果轉化為臨床指南，主要依靠各種臨床試驗的開展；T3階段，將研究成果應用到臨床及公共衛生保健中，包括臨床指南的推廣、公共衛生政策的制定等，最終達到改善人民群眾健康的目標。這一三步法模型成為了業界標準，正是由于轉化醫學在每個階段的內涵不同，參與轉化工作的專家群體和研究方法也不盡相同。T1階段主要依靠基礎、藥物、工程技術等領域和臨床研究的密切結合；T2階段主要依靠藥廠、設備研發企業和臨床專家的合作，特別是多中心大型臨床試驗的開展，往往涉及多個國家和醫療中心；T3階段的轉化更要依靠臨床專家、公共衛生領域專家和政府部門一起參與實現。在這一轉化過程中我們需要強調的是以病人為核心的理念，強調臨床需求對基礎研究工作乃至整個轉化工作的指導意義。如果提不出好的臨床問題，基礎科學的轉化會失去方向。
圖1 實現轉化醫學的三個階段
(資料來源：Salvatore A, Berent P. The Advancement of Translational Medicine-from Regional Challenges to Global Solutions. 2009)
從上述轉化鏈中，我們可以看出數學、物理、化學、生物等基礎科學和電子、計算機、光學、機械等工程技術的發展是推動醫學發展的原動力；而科學和技術的進步要轉化為人類健康則要逐一克服橫亙其中的“轉化斷層”。
3. 研究方向：以分子生物學發現向臨床應用轉化為核心
當今以惡性腫瘤、心腦血管疾病為首的慢性疾病嚴重威脅人類健康，總體發病率在我國逐年上升，且有年輕化趨勢。通過對這類疾病發病機制的深入探索，我們認識到它們大多是多基因和多種環境與社會心理因素共同作用的結果，發病機制復雜，是系統性疾病；并且個體差異大，對這些疾病患者不適合采用單一的方法進行診斷和治療。因此，在分子和細胞水平上基本弄清了亞臨床、臨床的致病原因，根據患者的遺傳背景、疾病的分子生物學特征進行分子診斷和個體化治療的時代正在開始。以分子生物學發現向臨床應用轉化為核心內容的轉化醫學為實現以預防、預警和個體化治療(preventive predictive and personalized medicine，3P醫學)為目標的21世紀3P醫學提供了解決路徑。現代轉化醫學是醫學研究理念的一次新的跨越和革命，將在以下幾個方面進行重點轉化。
(1)生物標志物的鑒定和應用。各種組學研究為我們提供了大量的數據和研究方法，基于組學研究我們有望篩選出用于早期診斷、疾病預測、評估藥物靶點和患者預後的生物標志物，用于疾病的早期診斷、預防和治療。這些標志物相關產品的開發和應用將會是一個很大的產業，對疾病的整個診療過程產生巨大的影響。
(2)靶向藥物的研發。靶向藥物是隨著當代分子生物學、細胞生物學的發展產生的新型藥物，目前主要用于腫瘤治療領域。傳統治療藥物因為缺乏明確的藥物靶點，通過對細胞的殺傷作用來發揮效，很多情況下殺傷腫瘤細胞的同時也會殃及正常細胞，所以毒副作用大。隨著分子生物學的發展，研究者們得以明確疾病的分子機制，從而選擇有效的靶點，開發具有特異性的靶向藥物，用于疾病治療。例如，靶向藥物格列衛和赫賽汀的開發改寫了慢性粒細胞白血病和乳腺癌治療歷史。現在很多研究機構、藥廠認識到靶向藥物的價值和戰略意義，已投入了大量的人力和資源用于靶向藥物的開發。
(3)基于分子分型的個體化治療。復雜疾病的異質性和越來越多的靶向藥物的開發
向我們揭示了一種醫療行為適合所有人(one fits to all)的時代逐漸過去。而分子生物學的發展讓我們認識到復雜疾病的異質性的根源在于其分子機制，包括基因組的遺傳和變異、細胞信號通路的異常，不同個體所患的看似相同的疾病或存在不同遺傳背景和分子分型。現代醫學界已形成共識，根據患者所患疾病的分子分型實施個體化治療是現代醫學的發展趨勢，將極大地提高治療效率，有效地減輕經濟成本和毒副作用。
(4)分子影像診斷技術的開發。分子影像學是隨著醫學影像學和分子生物學等學科的發展和互相融合而形成的新興研究領域。傳統影像學主要依賴非特異性的成像手段進行疾病的檢查，只有當機體發生明顯的病理或解剖結構的改變時才能發現異常，雖然技術和圖像分辨率在不斷提高，但是此時發現疾病，已錯過了治療的最佳時機。分子標記和正電子發射計算機斷層掃描(PET-CT)、磁共振成像(MRI)等影像技術的結合將使影像醫學從對傳統的解剖、生理功能的研究，深入到分子水平的成像，在特異性分子探針的幫助下去探索疾病的分子水平的變化，在臨床癥狀出現之前就監測到病變的產生，從而實現真正的早期診斷，提高疾病的治療效果。