2015 年生物科学领域重点热点前沿概述

日前，汤森路透基于其Essential Science Indicators (ESI)数据库中的10839个研究前沿，遴选出了2015年自然科学和社会科学的10个大学科领域排名位于最前面的100个热点前沿和49个新兴前沿，形成《2015研究前沿》报告。其中，生物科学领域位居前10位的研究前沿主要集中于医学与人类健康的研究，包括病毒的传播、致病机理及免疫机制等方面。

根据核心论文数量和被引频次等指标，生物科学领域共遴选出3个重点热点前沿：新型H7N9禽流感病毒的传播与致病机理，中东呼吸综合征冠状病毒的分离、特征与传播和CRISPR/cas9系统免疫机制及其在基因组编辑的应用。其中，“新型H7N9禽流感病毒的传播与致病机理”与“中东呼吸综合征冠状病毒的分离、特征与传播”等的核心论文平均出版年都在2013年，为本年度所有热点前沿中最年轻的，这表现出科学家对人类突发性疾病的快速反应。CRISPR/cas基因组编辑技术研究热潮仍在持续，其中热点前沿“CRISPR/cas9系统免疫机制及其在基因组编辑的应用”的核心论文数量（49篇）以及被引频次（9170次）都表现突出。

新型H7N9禽流感病毒

H7N9禽流感是一种新型禽流感，于2013年3月底在我国上海和安徽两地率先发现。复旦大学和中国疾病预防控制中心专家联手，在距病情发布不到一个月的时间内，就确定了病原是一个新的重配H7N9亚型禽流感病毒。这一重大发现以《一种源自禽的新甲型流感病毒对人的感染》为题于2013年4月12日在线发表在全球医学顶尖杂志《新英格兰医学杂志》上。该论文对该病毒全基因序列的关键基因进行了综合分析，对疾病的临床特征进行了描述，提示了患者的禽类接触史。该论文是该前沿被引频次最高的一篇核心论文，达到579次。

随后，各国研究人员对H7N9禽流感病毒的起源、传播途径、生物学特征等开展了大量的研究。同年，浙江大学医学院附属第一医院的研究人员完成了人感染H7N9禽流感病毒的临床分析和特征表述，首次公布了感染患者和受感染禽类的全序列基因组，证明了活禽市场的鸡是人感染H7N9禽流感病毒的源头之一。中国科学院微生物研究所的高福研究员团队通过检测从感染患者处分离的4种不同病毒株的序列，确定了病毒的起源和多样性。浙江大学医学院李兰娟院士团队和江苏省疾病预防控制中心汪华教授等研究均表明，H7N9病毒有多个起源，并且一直在禽类中进化重组，如发生与哺乳动物的混合感染，有可能引发更大范围的流行。此外，香港大学研究人员开展的一项生态学研究表明，在2013年春季关闭活禽市场可有效控制人类感染甲型禽流感H7N9病毒的风险。

从核心论文国家分布来看，“新型H7N9禽流感病毒的传播与致病机理”的研究主要分布在亚洲、北美和欧洲等地区。其中，我国在该前沿研究中占据重要地位，贡献了60%以上的核心论文；美国次之，共有9篇核心论文，占30%左右。从核心论文的机构分布来看，该研究前沿的重要机构均出自我国。其中，中国疾病预防控制中心、香港大学和中国科学院等机构表现突出，核心论文超过20%以上。

对施引论文国家和机构的分析表明，我国施引论文数量为456篇，位居第一，中国疾病预防控制中心、香港大学和中国科学院是近期该前沿的重要研究机构。这说明我国近期在该方向的研究依然热度不减，仍是相关论文的重要产出国。

中东呼吸综合征冠状病毒

中东呼吸道综合征冠状病毒（MERS-CoV）于2012年9月首次出现在沙特阿拉伯，由埃及病毒学家Zaki AM从沙特阿拉伯一名60岁急性肺炎并发急性肾功能衰竭的男性患者中分离得到。他把患者的肺组织送到荷兰伊拉斯谟医学中心进行检测，从患者的肺组织中分离到一种新的冠状病毒“人类冠状病毒EMC（HCoVEMC）”。这篇论文发表在《新英格兰医学杂志》上，是该前沿被引频次最高的核心论文，被引频次为420次。

此后，该病毒感染呈散发状态，分布仍主要集中在中东地区或曾到过该地区的旅行者，其中多数曾与感染者有过接触。鉴于此，2013年5月，国际病毒命名委员会正式将该病毒命名为中东呼吸综合征冠状病毒。

该热点前沿共包括49篇核心论文，覆盖了MERS-CoV分离、特征、传播及致病机理等多个方面。通过对核心论文的解读，可以厘清该前沿的研究脉络。

MERS-CoV感染引起的临床症状与SARS-CoV非常相似，但全基因组序列分析表明，这两种病毒并不相同。它们虽然同属于β-冠状病毒属，但在进化中隶属于不同亚群，其中MERS-CoV属2c亚群。目前研究结果认为，MERS-CoV传播的中间宿主是骆驼，可能起源于蝙蝠冠状病毒。与目前已知的其他人类冠状病毒相比，MERS-CoV表现出更广泛的感染能力和种属选择性。香港大学的一项研究表明，MERS-CoV在灵长类、猪、兔、果子狸和蝙蝠来源的细胞系内均能有效复制。

在MERS-CoV致病机理方面，各国研究人员也开展了大量的研究工作。2013年3月，荷兰伊拉斯谟医学中心等机构的研究人员首先鉴定了MERS-CoV在宿主细胞的功能性受体二肽基肽酶4（DPP4），找到了MERS-CoV入侵人体的途径。这一工作极大深化了人们对该病毒致病性和宿主范围的认识，有助于开发防治新型冠状病毒感染的方法，同时也揭示这种病毒有较大的潜在威胁。MERS-CoV功能性受体的发现，为人类新冠状病毒溯源和跨种进化研究、病毒传染研究和流行病学特征分析以及抗病毒药物和疫苗研究提供了重要基础。

随后，各国科研人员纷纷对MERS-CoV识别该受体分子的机制进行深入研究。德国灵长类中心的研究表明，MERS-CoV的刺突蛋白在宿主细胞中也会被加工成S1和S2两个亚基；中国科学院微生物研究所成功鉴定MERS-CoV的刺突蛋白受体结合域及与CD26构成的复合物的晶体结构。上述研究工作为疫苗设计奠定了基础，也为更深入了解MERS-CoV的致病机制指明新的研究方向。

从国家分布可以看出，共有26个国家涉及相关研究，其中美国、沙特阿拉伯、荷兰、德国、英国和我国等6个国家发挥了主导作用。从核心论文的Top 机构分布来看，来自沙特阿拉伯的最多，共4家；其次是荷兰和英国，各2家。此外，德国伯恩大学和荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学分别拥有11篇核心论文，并列第一。

对施引论文国家和机构的分析表明，美国仍然是施引论文产出最多的国家，而我国后续研究发展快速，赶超沙特阿拉伯、荷兰、德国、英国等国，位居第二。

CRISPR/cas9系统

CRISPR/cas9系统是继锌指核酸酶（ZFN）和转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）等技术后的第3代基因组编辑技术。与其他基因组编辑技术相比，CRISPR/cas9系统利用的是RNA，使得设计它们变得较为容易和有效，因此该系统在被发现后的短短几年内，就已经被应用于世界各地的实验室，成为热门的研究和应用领域。

CRISPR酶最初发现于上世纪80年代，日本研究人员在大肠杆菌中发现有串联间隔重复序列，并于2002年被正式命名。2012年，加州大学伯克利分校的Doudna JA等发现了一个比较简单的CRISPR（Type Ⅱ）系统的机理，进一步阐明了RNA及目标DNA配对的原则，并分析了Cas9作为核酸酶的活性位点，为CRISPR/cas9的应用奠定了理论基础。同年，他们也拉开了CRISPR编辑技术迅速发展和描述CRISPR/cas9功能的序幕。

2013年初，3个研究组几乎同时报道了CRISPR/cas9系统在哺乳动物细胞中的应用。其中，来自美国博德研究所的张锋团队通过证实其能够在真核细胞中起作用，而揭示了它的巨大潜力。目前CRISPR/cas9系统已经在基因功能研究、动物模型建立、基因治疗等领域得到广泛应用，有力地推动了相关领域的研究进展。

2014年，美国博德研究所和东京大学的科研人员生成了CRISPR/cas系统的关键组成部分——Cas9复合体的第一张高分辨率图像；同年，加州大学伯克利分校的研究人员证实，Cas9的基因组编辑能力是通过被称作为“PAM”的短DNA序列来实现的，解答了Cas9基因组编辑的核心谜题。这些研究结果，有望帮助研究人员改良及进一步操控这一工具加速基因组研究，向更深层次地了解一些酶“编辑”基因的机制迈出了重要一步，为纠正患者的遗传疾病铺平了道路。

2014年，CRISPR/cas9系统首次应用于遗传筛选，为寻找人类健康和疾病相关的基因功能开辟了无限的可能性。值得一提的是，北京大学的魏文胜研究员团队开发了一种基于CRISPR的策略结合深度测序分析的高效遗传筛选技术。与其他类似的技术比较，该方法具有更为广泛的细胞系适应性，对于功能性基因的筛选和鉴定具有十分重要的意义。

该研究前沿的核心论文主要分布在美国、荷兰、法国、加拿大、英国、瑞典、德国、俄罗斯和我国。其中，美国在该领域有较强的优势，拥有39篇核心论文，占比近80%。对施引国家的分析表明，美国仍然是施引论文产出最多的国家，而我国在后续研究中发展快速。（选自《中国医药报》）