美國國家過敏癥與傳染病研究所的研究布局分析

張秋菊

(中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院，北京100190)

美國國家過敏癥與傳染病研究所是美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health，NIH)下屬的27 個研究所和研究中心之一[1]，既是專門負責開展了解、治療并最終預防傳染病、免疫疾病、過敏性疾病的研究機構，也是相關基礎和應用研究的資助管理機構，管理資助了復雜多樣的研究項目，并為博士前和博士后醫(yī)師以及科學家提供實驗室和臨床研究培訓機會。 本文從其機構使命、發(fā)展歷程、研究布局、新型冠狀病毒研究部署、研發(fā)設施條件及技術儲備視角一覽美國抗擊新型新冠病毒的科技中堅力量。

1 概況

1.1 機構使命

美國國家過敏癥與傳染病研究所的使命是引領基礎與應用研究，更好地了解、治療并最終預防傳染病、免疫病和過敏性疾病，應對新現(xiàn)公共衛(wèi)生威脅的獨特任務。

美國國家過敏癥與傳染病研究所的愿景是拓展有關了解、治療并最終預防傳染病、免疫病和過敏性疾病各領域知識的廣度和深度；發(fā)展靈活的國內(nèi)外研究能力，以對國內(nèi)外新現(xiàn)和重現(xiàn)的疾病威脅作出適當反應。

1.2 發(fā)展歷程

美國國家過敏癥與傳染病研究所的起源可以追溯至1887 年在紐約史泰登島海洋醫(yī)院建立的研究霍亂和其他傳染病的小型細菌學研究實驗室，這是美國最早成立的細菌學實驗室，首次成功分離出霍亂弧菌，這也是NIH 歷史上的第一個科學成就。 1891 年細菌學研究實驗室更名為衛(wèi)生實驗室并搬至華盛頓特區(qū)，主要從事傳染病以及公共衛(wèi)生相關研究。

1930 年衛(wèi)生實驗室發(fā)展成為NIH，并于1938年遷至馬里蘭州貝塞斯達。 1948 年，NIH 整合落基山實驗室、生物制劑控制實驗室、NIH 傳染病科和熱帶病科創(chuàng)建國家微生物研究所。 1955 年，國會將國家微生物研究所更名為國家過敏癥與傳染病研究所(National Institute of Allergy and Infectious Diseases，NIAID)。

1.3 經(jīng)費預算與人員數(shù)量

2020 財年國會批準美國國家過敏癥與傳染病研究所預算共58.85 億美元(約合416.07 億元人民幣)，主要包括外部研究計劃36.70 億美元(約合259.47 億元人民幣)、研發(fā)合同(中小企業(yè)創(chuàng)新研究)10.14 億美元(約合71.69 億元人民幣)、內(nèi)部研究計劃7.58 億美元(約合53.59 億元人民幣)、管理與支撐3.69 億美元(約合26.09 億元人民幣)。 美國國家過敏癥與傳染病研究所2020 年共有工作人員1963 人，其中研究人員901人(含高級研究員120 人)，研究管理與支撐人員1062 人[2]。

2 研究方向布局

美國國家過敏癥與傳染病研究所的研究布局由外部研究計劃與內(nèi)部研究計劃兩部分組成。 外部研究計劃主要集中在HIV/艾滋病；傳染性疾?。贿^敏、免疫學和移植3 個方向；內(nèi)部研究計劃主要包括臨床研究；基礎研究；疫苗研究3 個方向[3]。

1)HIV/艾滋病

提供資助以更好地了解HIV 及其致病原因，找到預防HIV 感染的新工具，為HIV 感染者開發(fā)新的更有效的治療方法。

2)傳染性疾病

資助近300 種傳染源的研究，研究這些病原體的生物學特性以及免疫系統(tǒng)的反應。 這些研究發(fā)現(xiàn)對于美國國家過敏癥與傳染病研究所創(chuàng)建疫苗、藥物和診斷工具以更好地診斷、預防和治療傳染病至關重要。

3)過敏、免疫學和移植

資助對導致過敏性和免疫性疾病發(fā)展的原因和機制的基礎和臨床研究，并擴展可用于改進診斷、治療和預防技術的知識。

4)臨床研究

促進過敏性、免疫學和傳染性疾病領域高質量、最新的臨床研究在國內(nèi)和國際有效實施。 通過提供和支持至關重要的研究基礎設施服務等促進臨床研究和管理特殊項目，包括臨床研究的監(jiān)督和管理、計劃規(guī)劃和管理、監(jiān)管監(jiān)測和依從性、統(tǒng)計咨詢和研究方法以及臨床研究能力建設等服務。

5)基礎研究

開展科學發(fā)現(xiàn)研究，以促進改善人類健康的新疫苗、診斷試劑和治療藥物的開發(fā)，增進對正常免疫系統(tǒng)組成和功能的了解；揭示引起異常免疫功能(免疫缺陷、過敏和自身免疫)的機制；了解傳染源(病毒、細菌、真菌和寄生蟲)的生物學特性和宿主感染反應；制定預防和治療免疫、過敏和傳染性疾病的策略。 基礎研究主要由NIAID 內(nèi)設實驗室(科)完成，比較有代表性的如表1。

6)疫苗研究

進行研究以促進開發(fā)有效的人類疾病疫苗。主要研究重點包括:HIV/艾滋病疫苗開發(fā)；埃博拉疫苗開發(fā)；流感疫苗開發(fā)。 主要由內(nèi)設實驗室完成，代表性的實驗室參見表2。

3 新型冠狀病毒研究戰(zhàn)略計劃

2020 年4 月22 日，美國國家過敏癥與傳染病研究所發(fā)布新型冠狀病毒(COVID-19)戰(zhàn)略計劃[4]，確定加快診斷、預防和治療等4 個重點研究方向。

1)提高COVID-19 的基礎知識

表1 內(nèi)部基礎研究實驗室

表2 內(nèi)部疫苗研究實驗室

病毒表征研究和更好地了解其如何引起感染和疾病。 包括自然史、傳播和監(jiān)測研究，以確定為什么有些人會出現(xiàn)輕度感染癥狀而另一些人會出現(xiàn)重癥；并將探討無癥狀個體在病毒傳播中的作用以及病毒潛在的季節(jié)性循環(huán)。 此外，開發(fā)可概括人類所見COVID-19 疾病的大小動物模型。

2)開發(fā)快速、準確的診斷和分析方法

識別和隔離COVID-19 病例并跟蹤病毒傳播。 可檢測到低水平COVID-19 的分子檢測，并將其與其他相關病毒區(qū)分開。 提高診斷分析的速度和準確性，以減輕當前和未來疾病暴發(fā)期間的傳播。 開發(fā)新的和改進血清學檢測方法，以檢測病毒抗體，加強監(jiān)視力度并確定COVID-19 感染個體的恢復情況。

3)表征和測試COVID-19的潛在治療方法

鑒定和評估已批準用于其他條件的藥物，這些藥物可治療COVID-19 的新用途，以及測試新型廣譜抗病毒藥，例如瑞德西韋；基于病毒的單克隆抗體療法；以個體對病毒免疫反應為目標的以宿主為導向的策略。 在包括住院患者和門診患者在內(nèi)的各種患者人群中并行進行多項臨床試驗，以優(yōu)化大流行期間的感染者發(fā)現(xiàn)。

4)開發(fā)安全有效的疫苗

保護個人免受感染并預防未來的SARS-CoV-2 爆發(fā)。 采用解決中東呼吸綜合征(MERS)和嚴重急性呼吸綜合征(SARS)冠狀病毒的候選疫苗和方法，并將其應用于當前的COVID-19 大流行中。 使用最初針對MERS 研發(fā)的疫苗平臺啟動了COVID-19 疫苗1 期臨床試驗，通過1 期安全性和劑量測試來推進實驗疫苗的開發(fā)，同時計劃對最有前途的候選者進行先進的臨床測試。 美國國家過敏癥與傳染病研究所將與政府合作伙伴合作，以確保任何安全有效的COVID-19 疫苗能大批量生產(chǎn)，充足分發(fā)給感染風險最高的人群。

4 研發(fā)設施

美國國家過敏癥與傳染病研究所支持開展了解、治療并最終預防傳染病、免疫疾病、過敏性疾病研究的關鍵研究設施包括生物遏制研究設施、成像設施、基因組學核心設施，此外，還有無菌實驗隔離器等實驗室動物設施、流式細胞儀等。

1)生物遏制研究設施

包括國家生物遏制實驗室(National Biocontainment Laboratories，NBLs)和區(qū)域生物遏制實驗室(Regional Biocontainment Laboratories，RBLs)，可分別提供生物安全水平2 ～4 級和生物安全水平2 ～3 級生物遏制設施，包括動物模型、影像服務和專用設備。 可用于研究生物防御和新興傳染病原體。 共有國家生物遏制實驗室2 個(分布建于波士頓大學、德州大學)，區(qū)域生物遏制實驗室12 個(分布建于科羅拉多州立大學、杜克大學、喬治梅森大學、羅格斯大學、塔夫茨大學、杜蘭大學、阿拉巴馬大學、芝加哥大學、路易斯維爾大學、密蘇里大學、匹茲堡大學、田納西大學)[5]。

2)Twinbrook 成像設施

提供必要的多種光學顯微鏡儀器和技術支持，以使研究人員能夠獲取和分析活細胞的高分辨率圖像。 包括激光掃描共聚焦顯微鏡、光譜成像、旋轉盤共聚焦顯微鏡、FRET、全內(nèi)反射熒光顯微鏡、單分子跟蹤、超分辨率STORM 成像、Airyscan 超分辨率成像、熒光壽命成像、熒光相關光譜和活體成像[6]。

3)基因組學核心設施

提供從單個克隆到基因組的標準和定制DNA 測序；支持定制的Affymetrix 和斑點微陣列；高通量SNP 和TaqMan(Q-RtPCR)分析；可提供基因分型和微衛(wèi)星基因分型服務機器人；上述基因測序與分析的先進生物信息學服務支持。

5 技術儲備

美國國家過敏癥與傳染病研究所促進了對許多世界上最棘手和最普遍疾病的理解、診斷和治療。 2018 年，在理解和治療變態(tài)反應、免疫、自身免疫和傳染性疾病方面取得了重大進展。 2019年，加快了通用流感疫苗的開發(fā)進度，增強了HIV感染者之間器官移植的知識，并為研究人類病毒疾病提供了新工具。 此外在治療埃博拉病毒、開發(fā)針對罕見免疫疾病的基因療法以及了解急性弛緩性脊髓炎的病因方面取得了進展[7]。 其關鍵技術優(yōu)勢主要有治療新現(xiàn)和重現(xiàn)的傳染病，例如結核病和流感、HIV/艾滋病、生物防御以及免疫介導性疾病，包括哮喘和過敏[8]。

1)抗菌（藥物）耐藥性

美國國家過敏癥與傳染病研究所正在資助和進行研究，以更好地了解微生物如何發(fā)展并傳遞抗性基因，支持開發(fā)新的更快的診斷測試，并開發(fā)出新的抗生素和有效治療耐藥菌的新療法。

2)生物防御

生物防御研究已整合到其更大的新現(xiàn)和重現(xiàn)的傳染病組合中。 美國國家過敏癥與傳染病研究所繼續(xù)致力于為這些疾病病原體開發(fā)藥物、疫苗和診斷試劑，但研究重點已從傳統(tǒng)的“一蟲一藥”方法演變?yōu)槭褂脧碗s的基因組學和蛋白質組學平臺致力于開發(fā)廣泛的對所有種類的病原體有效的廣譜療法。

3)免疫系統(tǒng)研究

研究人體如何以入侵的微生物、感染的細胞和腫瘤為目標，而忽略了健康的組織。 新技術和遺傳信息結合有望揭示出更多有關人體如何保護自己免受疾病侵害的信息，利用這些信息開發(fā)預防和治療傳染性疾病和免疫介導性疾病的新策略。

4)疫苗研究

支持并進行從基礎免疫學研究到候選疫苗的臨床測試。 基礎研究旨在了解病原體與其人類宿主之間復雜的相互作用，并產(chǎn)生開發(fā)安全有效疫苗所必需的知識。 臨床前研究有助于將有前途的候選疫苗推進人體測試。 臨床試驗評估疫苗的安全性、耐受性和功效。

5)全球研究

支持科學家在各種環(huán)境和社會條件下研究傳染病和免疫學。 為在遺傳和免疫學上不同的人群中測試研究用藥物和疫苗的有效性提供機會，以期找到治療和預防多種疾病菌株和突變的方法。

6)基因組學與先進技術

基因組學、蛋白質組學和系統(tǒng)生物學等研究領域正在創(chuàng)造有關傳染病和免疫介導疾病的大量信息。 利用復雜的工具確定引起疾病的病原體的遺傳組成，分析病原體菌株之間的差異，并評估免疫系統(tǒng)的不同反應。

6 結語

解決復雜的公共衛(wèi)生問題需要政府機構、學術機構、私營企業(yè)和非營利組織的共同努力。 這種伙伴關系有助于利用資源、提高效率和成本效益并增加研究的可行性和科學影響。 60 多年來，美國國家過敏癥與傳染病研究所開展并資助傳染病和免疫學疾病的基礎和應用研究，促進國內(nèi)和國際伙伴關系，并擁有成功的合作記錄:開發(fā)和測試新的預防、診斷和治療方法；并加速將研究成果轉化為醫(yī)療產(chǎn)品，改善了美國和世界各地數(shù)百萬人的健康。 新型冠狀病毒暴發(fā)后，國家過敏癥與傳染病研究所的快速響應能力既得益于其研究布局與實力儲備、設施平臺條件，也得益于其長期的合作伙伴關系。