人口健康是重要的社會民生問題，科技的快速發展正在改變人口健康領域的研究範式，催生全新的疾病診療模式和健康產業業態。
本文從生命科學和生物醫藥領域國際重要的規劃和計劃，以及領域最新進展和重大突破著手，分析了目前健康科技的發展新理念、新方向和新趨勢，展望了未來健康科技的發展前景。分析結果顯示，就目前健康科技的發展現狀來看，顛覆性技術的發展和學科融合的推進正在重構健康服務體系；前沿生物技術的革新大幅提高了人類認識、解析生命及仿生與創制生命的能力，以及疾病認識和治療水平；精準醫學逐漸成為疾病防治臨床實踐主要模式。未來健康科技發展應進一步聚焦顛覆性技術和新興技術的發展，著力提升我國健康管理水平，實現疾病早預防、早干預、精準治療的目標，從而提高生命質量、降低醫療支出。
一 、引言
人口健康是重要的社會民生問題，關乎國家經濟發展和社會進步。科技是健康管理的有力保障，顛覆性技術的發展、跨學科技術的深度融合、學科的會聚正在改變生命科學與醫學研究範式、疾病診療模式、健康產業業態。本文從生命科學和生物醫藥領域國際重要的規劃和計劃，以及領域最新進展和重大突破著手，分析了目前健康科技的發展新理念、新方向和新趨勢，展望了未來健康科技創新的發展前景。
二、健康科技國際規劃與佈局
2.1 出臺專項規劃保障健康科技創新
大力發展健康科技既為維護健康提供科技保障，也為健康產業發展提供強大科技動力。因此眾多發達國家和發展中國家將健康科技創新作為重點優先領域予以佈局。
美國一直將健康科技作為國家研發經費投入的重點領域。為了保障該領域的發展，美國於2016年通過了《21世紀治癒法案》，這是近年來美國對健康科技佈局最具代表性、最為全面的專項政策。該法案計劃在10年內，為美國國立衛生研究院（NIH）和美國食品藥品管理局（FDA）提供63億美元的經費，以推動健康領域的基礎研究、療法開發和新療法的臨床轉化，鞏固美國在全球生物醫藥創新中的國際地位。在基礎研究方面，該法案重點關注了精準醫學計劃、癌症“登月計劃”和腦科學計劃的推進和實施。在療法開發方面，法案提出將通過一系列舉措來促進療法開發，包括支持數據處理技術、生物標誌物發現技術、療法評估方法、移動醫療技術、疫苗、再生醫學療法、兒科疾病藥物和醫療對策等的開發，以及優化監管政策制定流程和監管規範。在此基礎上，法案還致力於充分發揮電子健康記錄系統和學習型健康護理系統的作用，推進療法的臨床轉化；加強對健康護理提供者的教育，並推動新醫療技術在老年健康維護中的應用。該法案的出臺將健康科技創新發展提升至法律層面予以保障，顯示出美國政府發展健康科技的決心；此外，該法案的保障範圍涉及了美國近期全部的重大領域專項規劃，確保了這些規劃的順利實施。
歐盟委員會於2018年6月7日發佈“地平線歐洲”計劃實施方案提案，提出了2021—2027年的發展目標和行動路線，分析了歐盟在健康領域面臨的挑戰，並針對相關挑戰提出了重點關注的發展方向和研究內容，包括全生命週期健康研究，影響健康的環境與社會因素研究，非傳染性疾病與罕見病管理與防控，傳染病研究與應對，衛生和保健相關工具、技術及數字化解決方案制定，衛生保健系統改革。
英國政府為提振經濟和應對“退歐”所帶來的挑戰，繼2017年初發布了《工業發展戰略綠皮書》後，2017年8月，英國生命科學辦公室又發佈了《生命科學產業戰略》，旨在通過推進生命科學與健康產業的發展，驅動英國經濟的發展。該戰略針對加強科學研究與成果轉化、強化企業發展與基礎設施建設、推進英國國家醫療服務體系（NHS）與行業的互動和創新、支持數據的共享與合作，以及吸引生命科學人才與提升相關人員技能等主題提出發展建議。同時，還建議設立“醫療保健高級研究計劃（HARP）”，HARP制定了在未來10年發展2~3個全新行業的戰略目標，並確定了重點發展領域，包括加強基因組技術在醫藥領域的應用；針對早期、無症狀慢性疾病的有效診斷建立相關平臺；通過數字化與人工智能（AI）變革病理學與影像醫學；健康老齡化。該戰略規劃的出臺同樣保障了英國健康科技創新的持續性經費支持和資源平臺支持，大幅推動了英國的健康科學及產業發展。
我國高度重視健康科技的發展。“健康中國”戰略已經明確寫入國家“十三五”規劃綱要和十九大報告。在健康中國戰略指導下，中共中央、國務院於2016年發佈了《“健康中國2030”規劃綱要》，將健康擺在優先發展的地位。該綱要提出了到2030年實現人民健康水平持續提升、主要健康風險因素得到有效控制、健康服務能力大幅提升、健康產業規模顯著擴大、促進健康的制度體系更加完善等五方面的發展目標。這是建國以來首次在國家層面提出的健康領域中長期戰略規劃，顯示出國家對健康工作的高度重視，對於健康科技創新本身也將發揮重要的推動作用。與此同時，為了推動健康科技的發展，我國多個部門相繼發佈了相關的科技規劃，包括《“十三五”衛生與健康科技創新專項規劃》、《“十三五”健康產業科技創新專項規劃》、《“十三五”醫療器械科技創新專項規劃》等。
2.2 新一輪健康科技規劃強調通過發展科技實現疾病的早預防
2015年開始，各國均陸續進入新一輪科技規劃期，許多國家的科技資助機構陸續發佈了新規劃，如美國NIH發佈“2016—2020財年整體戰略規劃”；英國醫學研究理事會（MRC）發佈“2016—2020年戰略執行計劃”，英國生物技術與生物科學研究理事會（BBSRC）發佈“健康領域生物科學戰略研究五年框架（2015—2020）”；歐盟發佈“地平線歐洲”健康主題的發展規劃；加拿大衛生研究院（CIHR）發佈新版戰略路線圖；印度生物技術部發布2015—2020年國家生物技術發展戰略；中國發布《“十三五”衛生與健康科技創新專項規劃》、《“十三五”健康產業科技創新專項規劃》等。從整體上來看，這些新階段的規劃重點關注疾病的預防和早期干預。與此同時，這些規劃提出要重點發展生物、醫學、信息、大數據技術，著重強調了精準醫學、個體化醫療、基因組醫學、移動醫療等，希望通過科技創新，為預防為主的健康管理模式提供科技動力。
2.3 熱點領域專項規劃相繼實施
腦科學、精準醫學、癌症、細胞圖譜、微生物組學是目前健康科技領域的前沿熱點方向，各國圍繞這些領域相繼推出了一系列專項計劃。
腦科學研究規劃和佈局仍在升溫，美、歐、日、韓等大型腦科學計劃多次增資以保障計劃的實施。與此同時，國際腦科學計劃正在醞釀，歐洲、日本、韓國、美國和澳大利亞5個國家/地區腦研究計劃的代表於2017年底簽署了《發起國際大腦計劃（IBI）的意向聲明》，旨在共同應對挑戰，加快“破譯大腦密碼”的進程。根據聲明，各國將成立國際大腦聯盟，在數據共享、數據標準化，以及倫理和隱私保護等領域共同合作，並進一步聯合其他國家和地區的相關腦計劃開展研究。
美國“精準醫學計劃”（PMI）、中國“精準醫學研究”重點專項已全面推進。美國2017財年投入1.6億美元繼續支持“精準醫學計劃”，推進PMI核心任務百萬人隊列項目的實施，根據美國2016年底通過的《21世紀治癒法案》，PMI將在10年內獲得總計14億美元的持續支持。中國精準醫學研究重點專項計劃有序推進，2016—2017年國撥經費投入超過12億元，圍繞5大任務開展研究，為我國精準醫學的長期發展搭建框架，夯實發展基礎。2017年12月，英國創新署發佈年度實施規劃（Innovate UK: Delivery plan 2017-2018），將精準醫學列為健康與生命科學方向的6個優先資助領域，主要目標是發展個性化診斷，為患者量身定製治療和健康管理方案。
人體微生物組的研究日益受到重視，已經成為近幾年的熱點。繼2016年美國啟動“國家微生物組計劃”（NMI）後，由世界微生物數據中心和中國科學院微生物研究所發起的“全球微生物模式菌株基因組和微生物組測序合作計劃”於2017年正式啟動，該計劃將建立超過20個國家30個主要微生物資源保藏中心共同參與的微生物基因組、微生物組測序和功能挖掘合作網絡，5年內完成超過1萬種的微生物模式菌株基因組測序，覆蓋超過90%的已知細菌模式菌株，並完成超過1000個微生物組樣本測序，覆蓋人體、環境和海洋等主要方向。同年，微生物組創新創業者協會倡議發起“中國腸道宏基因組計劃”，旨在制定規範的樣品製備流程和標準，搭建完善的生物信息分析平臺，針對中國人群建立高質量的腸道宏基因組參考數據庫，推進該領域人才培養和科研成果轉化。此外，中國科學院重點部署項目“人體與環境健康的微生物組共性技術研究”暨“中國科學院微生物組計劃”於2017年12月20日啟動，旨在推動我國在全球微生物組研究和應用的競爭中實現從“跟跑到並跑，乃至領跑”的目標。
細胞是人類機體的核心單元，也是瞭解健康和疾病生物學的關鍵。單細胞基因測序、高分辨率成像等技術的快速發展為單細胞研究提供了機遇，也為繪製細胞圖譜提供了可行性。2016年10月，美國麻省理工學院、博德研究所、英國Sanger研究所共同舉辦會議，召集全球科學家討論啟動“國際人類細胞圖譜計劃”（Human Cell Atlas），從細胞類型、狀態、位置、轉變、相互作用和譜系關係等各角度，對人體的所有細胞開展研究。同年，扎克伯格夫婦宣佈，將在十年內向生物醫學投入30億美元巨資，首個項目即繪製人類細胞圖譜。2017年10月，該計劃首批38個項目獲得資助，旨在繪製腦、免疫系統、胃腸道、皮膚等組織細胞圖譜，並開展相關技術研發。與此同時，細胞圖譜計劃聯盟發佈《人類細胞圖譜白皮書》，繪製了該計劃的發展藍圖。2018年3月，計劃獲得了第一批成果，發佈了25萬個細胞的測序結果，並建立了在線數據獲取系統。2018年4月，第二批85個項目獲得新一輪資助。
三、健康科技發展趨勢及重大突破
隨著生命組學研究的開展、大數據技術的快速應用，生命科學研究正向基於數據的科學發現範式轉變。通過開展生命組學研究、圖譜繪製、大型隊列研究等進一步解析生命；利用計算生物學、生物信息學、大數據、人工智能等技術對研究中產生的數據進行分析、建模、預測，從而進行生命體的模擬和預測；在解析和模擬生命體的基礎上，通過合成生物學、腦機接口技術、再生醫學、3D打印等技術完成對生命體的仿製和創制。
3.1 大數據、人工智能等技術加速滲透生命科學研究，全面賦能健康與醫療
在健康與醫療領域，大數據、互聯網、可穿戴設備、人工智能的結合帶來了全新的智慧醫療模式，正在改善醫療供給模式，重構健康服務體系。以市場化應用最為突出的IBM Watson為代表，人工智能已快速滲透醫療健康領域，用於疾病診斷和病理分析，IBM Watson、香港中文大學、谷歌公司等機構分別開發的人工智能系統在腦癌、皮膚癌、肺癌、乳腺癌、胃癌等癌症的分析診斷與輔助治療，以及心臟病發病風險預測中表現出應用潛力；監測並調節血糖水平的石墨烯腕帶、檢測乳腺癌的智能內衣iTbra等便攜設備，推動健康管理目標的實現。同時，我國互聯網公司先後推出Doctor You、騰訊覓影、百度醫療大腦、ET醫療大腦、醫學影像輔助診斷3D CNN模型等與人工智能醫療相關的平臺；2017年底，科技部也啟動了首個國家級醫療影像人工智能平臺建設。
3.2 生物技術的突破提高人類系統認識和解析生命的能力
物理學、材料學、計算科學等多學科與生命科學交叉融合的發展，推動了生物成像、基因編輯技術、單細胞技術、生命組學等技術不斷革新，大大提高了人類認識和解析生命的能力。生命科學正逐漸走向成熟，其標誌為逐漸向數字化、平臺化、工程化發展。
生物成像技術正在向精確、深度、實時、活體方向發展。2017年，冷凍電子顯微鏡獲得諾貝爾化學獎。
基因編輯技術大大提高了操控和改造生命的效率和準確性，正在生命科學全領域中進行應用研究。該技術更加精準，已經實現點對點的編輯，美國的哈佛大學、哈佛-麻省理工博德研究所先後實現了精準靶向編輯DNA和RNA中的單個突變，為治療點突變遺傳疾病提供了重要工具，這一突破入選Science雜誌評選的2017年年度十大突破。此外，基因編輯技術已初步完成疾病治療的探索，通過修正人類胚胎中的致病點突變，證實人類生殖細胞系基因編輯的安全有效性；基於基因編輯技術的臨床試驗也持續開展，並有望在2018年取得突破。
單細胞測序新技術不斷改進，北京大學與哈佛大學開發的LIANTI技術、美國俄勒岡健康與科學大學開發的SCI-seq、奧地利科學院等機構開發的CROP-seq技術提高了通量、保真性、基因覆蓋率等技術性能。多重組學單細胞測序技術也是開發重點，北京大學建立的single-cell COOL-seq技術實現了單細胞三種組學，以及基因組和表觀基因組的同時高通量測序。
新一代生命組學技術水平進一步提高。基因組測序技術和設備向高精度、長讀長、低成本、便攜式方向發展，助力高質量基因組圖譜的繪製，為解析生命鋪平道路，美國加州大學聯合英國伯明翰大學等機構合作利用納米孔測序儀MinION首次對人類基因組進行了組裝；單細胞RNA測序技術、表觀轉錄組、順時轉錄組技術、空間轉錄組等轉錄組分析技術的進步，為繪製更為精確的轉錄組圖譜奠定基礎，北京大學和美國康奈爾大學合作實現全轉錄組水平上單鹼基分辨率的1-甲基腺嘌呤修飾位點鑑定；蛋白質組學研究已經從單純提高覆蓋率的定性研究向更加真實地描述生物體本質的定量研究和空間分佈研究發展，瑞典皇家理工學院聯合英國劍橋大學等機構合作基於免疫熒光（IF）顯微鏡技術繪製人類蛋白質組亞細胞圖譜，描述了蛋白質在多個細胞器和亞細胞結構中的空間分佈；代謝組分析技術向超靈敏、高覆蓋、原位化方向發展，代謝產物成為疾病篩查的重要標誌物。與此同時，多組學交叉、多維度分析正在推動系統生物學的深入發展，以更好地理解人類疾病的致病機理。
生命圖譜繪製為解析生命、認識生命提供基礎。瑞典皇家理工學院等機構合作繪製了癌症病例圖譜“Atlas”，北京大學聯合美國安進公司等機構合作構建了單細胞水平肝癌微環境免疫圖譜，這些圖譜為疾病發生機制研究提供重要啟示。華中科技大學等機構合作首次繪製出乙酰膽鹼能神經元全腦分佈圖譜、全腦精細血管立體定位圖譜，美國哈佛-麻省理工博德研究所等機構合作完成了首張高分辨率小腸細胞圖譜的繪製。美國貝勒醫學院等機構合作構建出首個高分辨率的人基因組摺疊四維圖譜，可用於追蹤其不同時間點的摺疊狀態。
3.3 仿生與創制能力的發展提高人體機能增進和疾病防診治的水平
基因編輯、再生醫學、3D打印、合成生物學、腦機接口等技術的快速發展，進一步增強了仿生與生命創制能力，提高人體機能和增進疾病防診治水平。
合成生物學在非天然鹼基的合成與應用、生物大分子設計乃至全基因組的創制等領域取得了重大進展。美國華盛頓大學首次人工設計出超級穩定的二十面體蛋白，該成果入選Science雜誌評選的2016年年度十大突破。只含有57個密碼子的大腸桿菌基因組、最小基因組細胞Syn3.0被合成；美國斯克裡普斯研究所等機構展開合作，在大腸桿菌細菌細胞DNA中，加入兩種外源化學鹼基，並完成活細胞DNA轉錄與蛋白翻譯；美國加州理工學院、德國慕尼黑理工大學、美國哈佛大學醫學院聯合法國國家健康與醫學研究院等機構分別利用分型組裝、逐步構建、DNA“積木”等新型DNA摺紙策略，生成了納米尺度、不同形狀的自組裝架構；繼2014年第1條酵母染色體被合成後，2017年有5條染色體被法國國家科學研究院聯合中國天津大學等機構合作構建完成，2018年，中國和美國兩個團隊又獲得了酵母染色體的融合構建重大突破。
腦-機接口技術是下一個科學前沿，除通過解碼人腦信號以驅動假肢以外，科學家實現了脊髓損傷人類和黑猩猩對自身肢體而非假肢的意念控制，標誌著腦-機接口技術邁出重要一步；美國斯坦福大學通過腦-機接口完成了腦電波控制的電腦字符快速精準輸入。
組織工程、3D打印、類器官構建、器官芯片等一系列技術的交叉融合和快速突破，成為組織、器官制造領域的“助推劑”。科研人員利用體外構建的組織實現了對脊髓損傷、軟骨損傷、視網膜損傷等多種疾病的替代修復治療，而美國的哥倫比亞大學、辛辛那提兒童醫院、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等機構還在體外實現了肺、腸、胃、大腦等多種類器官或器官芯片的構建。這些成果為藥物研發和疾病研究提供了更加優化的模型，同時利用類器官技術，未來還有可能實現有完整功能的器官再造，為器官移植提供更多供體。
3.4 精準醫學成為臨床實踐新方向，疾病防治手段更加多樣化
以生命組學、大數據技術、大隊列為核心的精準醫學正在成為醫學研究的主要模式，其目標是疾病的精準分類、預防、診斷、治療，最終實現個體化醫療。2017年，美國癌症聯合委員會首次將分子標記納入乳腺癌的分期標準；加拿大BC癌症研究所等機構分析確定了7種卵巢癌分子亞型；美國國立衛生研究院基於基因組學研究發現了8種宮頸癌亞型；美國癌症基因組圖譜研究計劃綜合分析發現，食道癌分兩種不同類型，上食道癌的分子亞型與頭頸部腫瘤類似，而食道下部的腫瘤與胃癌的某種亞型更相似；美國麻省綜合醫院等機構利用單細胞RNA測序技術，為腦神經膠質瘤的精準分型提出新思路。
基因檢測、液體活檢等為早診提供了重要技術手段，美國加州大學聖地亞哥分校已開發出高通量甲基化無創檢測新技術；美國約翰·霍普金斯大學醫學院聯合應用液體活檢和蛋白腫瘤標誌物檢測，實現一次檢測8種不同的早期腫瘤。美國默沙東公司研發的藥物Keytruda用於治療所有“MSI-H/dMMR亞型”實體腫瘤，成為美國FDA首次按照分子特徵而不是根據組織來源區分腫瘤類型而批准的藥物。
科學發展產生了大量的新技術、新突破，為疾病防診治提供更為多樣化的手段。免疫療法為癌症治療提供新手段，免疫檢查點抑制劑和細胞免疫療法是當前免疫療法研究熱點。美國加州大學戴維斯綜合癌症中心聯合法國艾克斯－馬賽大學、美國賓夕法尼亞大學、美國凱撒醫療集團聯合韓國三星醫療中心等機構完成的多項臨床試驗揭示免疫檢查點抑制劑聯合化療療效顯著，美國默沙東公司的PD-1單抗Pembrolizumab聯合培美曲塞和卡鉑一線治療非鱗非小細胞肺癌已經獲批。2017年，FDA批准首個基因療法瑞士諾華公司的Kymriah上市，開啟了CAR-T和基因療法產業元年，成為醫藥研發的又一個風口。基因療法也入選了Science雜誌評選的2017年年度十大突破，美國Spark Therapeutics公司的“矯正型”基因療法Luxturna已用於治療遺傳性視網膜病變。
幹細胞的應用前景日趨明朗，在代謝性疾病、神經疾病、生殖疾病、眼部疾病、心血管疾病等多種疾病中顯示出治癒潛力。2017年，美國波士頓兒童醫院及康奈爾維爾醫學院分別實現了造血幹細胞的體外構建，有望突破白血病治療的細胞來源瓶頸；美國華盛頓大學首次在成年小鼠眼中再生出功能正常的視網膜細胞。與此同時，通過與基因編輯技術、成像技術、單細胞技術等新興生物技術的融合，幹細胞療法展現出更大的發展潛力。
人體微生物組的研究證明其與健康和疾病有密切相關。2017年，美國NIH“人類微生物組計劃”（HMP）發佈第二階段成果，揭示了人體微生物組的時空多樣性。人體微生物組與疾病關係研究進入機制研究階段，揭示了微生物組調控多種疾病進程的因果機制，美國華盛頓大學和俄羅斯聖彼得堡國立技術大學合作進行基於特定腸道微生物代謝途徑的分析，揭示其影響免疫應答的分子機制；德國柏林夏裡特醫學院聯合美國麻省理工學院等機構合作證實高鹽飲食會影響腸道微生物組成，誘導輔助性T細胞17（TH17）驅動自身免疫，進而引起高血壓。與此同時，人體微生物組研究助力癌症精準治療，美國芝加哥大學、法國古斯塔夫·魯西癌症研究所等機構相繼證實腸道微生物組成影響黑色素瘤和上皮性腫瘤PD-1免疫療法的治療效果；多國機構合作發現人體微生物組影響化療藥物吉西他濱、5-氟尿嘧啶的療效。微生物組藥物研發正處於藥物發現/臨床試驗階段，並持續推進。
3.5 健康科技發展新趨勢推動相關管理政策變革
學科會聚、大數據驅動、新技術和新療法的產生等生命科學領域的發展，給科技管理和監管政策帶來了挑戰，多個國家出臺相關政策應對挑戰。主要舉措包括：進一步營造有利於學科會聚的創新氛圍，培養交叉型人才；加強大數據的規範標準制定，充分實現共享，開發分析技術和加大設施建設；加強安全監管和倫理規範制定，以應對新技術可能帶來的風險和倫理問題；進行監管和審批制度的改革，以推進新技術、新療法的應用。
四、結語與未來展望
健康是人類自身最根本的需求，科技創新為健康提供有力保障。
針對我國健康管理和健康產業存在的問題，結合健康科技未來發展趨勢，需要著重關注前沿科技，尤其要特別關注學科會聚形成的顛覆性技術、新興技術。著力佈局生物大數據、人工智能醫療、可穿戴設備等，以及這些技術交叉形成的新方向，發展數字醫療、移動醫療、遠程醫療，解決老齡化、醫療資源不足、城市和邊遠地區醫療資源不均衡等問題，提高我國健康管理水平。大力發展再生醫學、合成生物學、幹細胞、組織工程、3D打印、器官芯片、腦機接口等技術，以提高人體機能和機體再造能力；持續支持精準醫學、人類表型組學等重點領域，發展分子影像、分子診斷、細胞療法、免疫療法等新型診斷與治療方法，制定個體化的防診治方案，實現早預防、早干預、精準治療的目標，從而提高生命質量、降低醫療支出。
未來，生命認識和解析的能力不斷提高，健康與疾病發生機制進一步清晰，個體化藥物、細胞治療、基因療法等疾病防治手段更加多樣化，5P醫學（可預防、可預測、個體化、病人參與、精準）將實現，人類壽命大大延長，生命質量大大提高。改造、仿生、再生、合成、創生研究的深度和廣度不斷拓展，更多的器官被人類製造出來，意念控制的外骨骼大大提高人體機能。大數據、互聯網、人工智能為核心的數字醫療、移動醫療，將解決老齡化、醫療資源不足、城市和邊遠地區醫療資源不均衡等問題，健康管理水平不斷提高。
轉自丨世界科技研究與發展
作者丨徐萍，王玥等
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