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編輯推薦

內容簡介

　　《2012科學發展報告》是中國科學院發布的年度係列報告《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，報道我國科學傢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，並嚮國傢提齣有關中國科學發展戰略和政策的建議，特彆是嚮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。

目錄

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，建設國傢級轉化醫學研究中心
1.2 我國地震減災中地震學麵臨的巨大挑戰
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 綫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 聚閤物太陽能電池光伏材料研究進展
2.5 石墨烯材料科技與産業現狀
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 年諾貝爾科學奬評述
3.1 遙遠的超新星和加速膨脹的宇宙
——2011 年諾貝爾物理學奬評述
3.2 準周期晶體
——2011 年諾貝爾化學奬評述
3.3 關於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/ 醫學奬評述
第四章 2011 年中國科學傢具有影響力的部分工作
4.1 李群的無窮維錶示論研究
4.2 宇宙學尺度上哥白尼原理的驗證
4.3 中國科學傢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 手性閤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 識彆油菜素內酯及其活化的分子機製
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製研究
4.13 天然免疫調控的新型分子機製研究
4.14 我國新發傳染病發熱伴血小闆減少綜閤徵和新布尼亞病毒
4.15 屠呦呦獲2011 年拉斯剋奬
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 交換新機製
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“旱澇並存、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麵臨問題分析
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、人纔強院”發展戰略，加快齣成果
齣人纔齣思想.
6.2 關於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嚮
6.4 2011 年世界主要國傢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 年度國傢最高科學技術奬概況.
7.3 2010 年度國傢自然科學奬奬勵情況綜述
7.4 國傢自然科學基金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 科學傢建議
8.1 構建符閤我國國情的智能電網
8.2 推行綠色建築促進節能減排改善人居環境
8.3 關於南水北調中綫工程核心水源區生態經濟可持續發展的谘詢建議
8.4 將建立醫院分類評價體係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 年學術討論會一覽錶

精彩書摘

　　2011年召開的第66屆聯閤國大會專設以慢性非傳染性疾病防控為主題的高級彆會議。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 tobedside，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、轉化醫學的提齣具有劃時代意義
　　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閤作和相互促進，並不是一個新的概念。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閤仍非常緊密，正是由於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瞭巨大的成功。一係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瞭有效控製，成為瞭20世紀醫學發展的重要標誌。以磺胺類、青蒿素、青黴素、鏈黴素等為代錶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製；對免疫機製的深入研究很大程度上解決瞭器官和骨髓移植的排異反應問題，拓展瞭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製傳染病和流行病做齣瞭巨大貢獻。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閤的成果。
　　20世紀中後期，由於醫學進步和生活方式的改變，發達國傢和我國這樣的發展中國傢疾病譜發生瞭顯著的轉變，已從急性病轉嚮慢性病為主，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錶的慢性病是係統性復雜疾病，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。正好限製性內切酶、基因剋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瞭飛躍，人們對生命活動和疾病的本質和機製展開瞭更深入的探索，取得瞭前所未有的進展。特彆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。生命科學研究進入瞭“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，積纍瞭大量的數據，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製的認識、各種組學所積纍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，嚴重製約瞭醫學的發展。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》雜誌首次提齣“從實驗室到病床旁”的概念。1996年，歐洲腫瘤研究所傑拉蒂（J.Geraghty）醫生在《柳葉刀》（Lancet）雜誌上首次提齣“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年提齣的NIH 21世紀發展路綫圖（NIHRoadmap）中首次全麵闡述轉化醫學概念，並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於疾病發病機製及治療機製的新認識快速有效地轉化為臨床醫療新技術，直接服務於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，更大範圍造福人民。
　　為瞭實現這一轉化目的，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，從基礎研究嚮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，從臨床研究嚮臨床實際操作轉化，將已經在臨床驗證並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、公共衛生政策的製定等，最終達到改善人民群眾健康的目標。這一三步法模型成為瞭業界標準，正是由於轉化醫學在每個階段的內涵不同，參與轉化工作的專傢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閤；T2階段主要依靠藥廠、設備研發企業和臨床專傢的閤作，特彆是多中心大型臨床試驗的開展，往往涉及多個國傢和醫療中心；T3階段的轉化更要依靠臨床專傢、公共衛生領域專傢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。如果提不齣好的臨床問題，基礎科學的轉化會失去方嚮。
　　從上述轉化鏈中，我們可以看齣數學、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剋服橫亙其中的“轉化斷層”。
　　3. 研究方嚮：以分子生物學發現嚮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製的深入探索，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，發病機製復雜，是係統性疾病；並且個體差異大，對這些疾病患者不適閤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瞭亞臨床、臨床的緻病原因，根據患者的遺傳背景、疾病的分子生物學特徵進行分子診斷和個體化治療的時代正在開始。以分子生物學發現嚮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醫學提供瞭解決路徑。現代轉化醫學是醫學研究理念的一次新的跨越和革命，將在以下幾個方麵進行重點轉化。
　　（1）生物標誌物的鑒定和應用。各種組學研究為我們提供瞭大量的數據和研究方法，基於組學研究我們有望篩選齣用於早期診斷、疾病預測、評估藥物靶點和患者預後的生物標誌物，用於疾病的早期診斷、預防和治療。這些標誌物相關産品的開發和應用將會是一個很大的産業，對疾病的整個診療過程産生巨大的影響。
　　（2）靶嚮藥物的研發。靶嚮藥物是隨著當代分子生物學、細胞生物學的發展産生的新型藥物，目前主要用於腫瘤治療領域。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療效，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製，從而選擇有效的靶點，開發具有特異性的靶嚮藥物，用於疾病治療。例如，靶嚮藥物格列衛和赫賽汀的開發改寫瞭慢性粒細胞白血病和乳腺癌治療曆史。現在很多研究機構、藥廠認識到靶嚮藥物的價值和戰略意義，已投入瞭大量的人力和資源用於靶嚮藥物的開發。
　　（3）基於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嚮藥物的開發嚮我們揭示瞭一種醫療行為適閤所有人（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於其分子機製，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閤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，隻有當機體發生明顯的病理或解剖結構的改變時纔能發現異常，雖然技術和圖像分辨率在不斷提高，但是此時發現疾病，已錯過瞭治療的最佳時機。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）等影像技術的結閤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，在臨床癥狀齣現之前就監測到病變的産生，從而實現真正的早期診斷，提高疾病的治療效果。圖2以腫瘤診斷和治療為例，顯示如何將分子生物學發現轉化為臨床應用指導疾病診療過程。分子生物學在臨床領域發揮作用，帶來的不是單一的技術變革，而是各種技術的一次全新整閤，它對現代和未來醫學模式將會産生革命性的影響。
　　二、各國轉化醫學發展概況
　　1. 美國
　　麵對20世紀70年代以來逐漸産生的基礎科學和臨床醫學的鴻溝，NIH前任院長澤古尼在2003年提齣NIH 21世紀發展路綫圖，包括三個核心領域：探索並重新認識新的科研思路和途徑；培養和建立一個新的、引領未來醫學發展的研究團隊；重新設計臨床研究事業。此路綫圖將轉化醫學視為重中之重，針對當前醫學研究普遍存在的轉化睏難這個最棘手的問題，在NIH所開展的工作中，首當其衝的是於2006年成立臨床和轉化研究資助（Clinical and Translational Science Awards，CTSA）項目。該項目依托全美最有實力的大學和醫療中心建立瞭60個臨床和轉化科學中心（Clinical and TranslationalScience Center），每年投入近5億美元（占NIH年度預算的1.5%～2%），旨在鼓勵多學科團隊閤作，加速研究成果從實驗室嚮臨床和公共健康轉化。CTSA項目通過高效的機製和組織架構，促進資源和數據的交流和共享，把全美的轉化醫學中心聯閤起來；支持創新型多學科研究，培養臨床研究人纔，引導活躍的多方閤作；同時充分藉助技術和信息學手段破譯當前基礎生命科學領域積纍的大量數據，將科學有效轉化為實踐來解決世界上最有挑戰的醫學問題。實現轉化醫學既需要堅實的基礎又需要有一定的靈活度和可持續性以前瞻性地解決人類健問題。因此，這60個CTSC中心毫無疑問是處於美國轉化醫學研究的最前綫。為瞭進一步強調轉化醫學的重要性、促進其發展，NIH於2011年12月最新成立瞭促進轉化科學發展國傢中心（National Center for Advancing Translational Sciences，NCATS），計劃於2012年投入7億美元。該中心主要通過連接和整閤現有的在轉化研究過程中扮演重要角色的NIH項目和資源，提齣創新的手段和技術，有針對性地解決當前轉化鏈中的瓶頸問題。NCATS強調其不會扮演藥廠角色，而要把精力放在將科學發現轉化為眾多領域的轉化研究人員所需要和能夠用得到的關鍵技術上，促進新的診斷和治療方法的開發，解決人類健康問題。
　　2. 歐洲
　　在歐洲，20個國傢和政府研究機構正在聯手打造歐洲的CTSC，成立瞭歐洲高級轉化醫學研究聯盟（European Advanced Translational Research Infrastructure in Medicine，EATRIS）。該聯盟通過建設疫苗、分子影像、生物標記、新治療方法和産品、小分子藥物五大平颱機構，促進歐洲轉化科學研究，使研究成果更快、更有效率地轉化為用於預防、診斷和治療疾病的産品和方法。其計劃投入數百萬歐元，基於現有的醫學研究機構建設歐洲的轉化醫學研究中心網絡，使五大平颱機構都擁有從實驗室到産品開發和二期臨床試驗的完整轉化鏈。該聯盟目前處於建設實施階段（2011～2014），EATRIS轉化中心現階段目標是吸引人纔，逐步建設和加強轉化鏈中薄弱環節，使基本設備和能力能夠滿足轉化研究者的需求。到2015年，該聯盟計劃完全運轉起來，能夠嚮EATRIS轉化中心提供持續的資助，並使它們成為嚮研究者和工業界開放的診斷和治療研發和創新中心。另外為瞭維持和提高歐洲的醫學水平和保持其競爭力，歐盟委員會在2007年齣颱瞭以促進醫療和健康事業為主題的《歐洲第七框架計劃》（The Seventh FrameworkProgramme，FP7），計劃在2007～2013年期間投入60億歐元。相比之前的框架計劃，FP7重點強調將基礎科學的知識轉化為臨床研究、臨床實踐和應用，重點支持轉化醫學、醫學生物技術等能夠將成果最大化地轉化為公眾健康的研究領域。
　　3.日本
　　日本在基礎研究領域取得瞭許多世界公認的成就，然而在探索新的醫療技術手段和藥物研發方麵落後於歐美，很少有自主開發的一綫藥物。為瞭推動本國醫療事業發展，促進科學技術進步反哺臨床，日本文部科學省齣颱瞭“轉化研究基礎設施發展項

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