美、英及我国政府对单细胞测序研究及应用领域的基金资助

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随着全球精准医学的快速发展，基因测序技术已成为最具潜力、最富活力的生物科技领域之一。

单细胞测序(Single-Cell Sequencing)即从单个细胞水平上对基因组进行测序，把基因测序应用到单个细胞层面，对于识别细胞的类型、功能，特定细胞健康或状态的变化、变异至关重要[1]。

随着灵敏度不断提升，单细胞测序逐步成熟。

2012年谢晓亮及其团队发明的单细胞基因组扩增新技术(MALBAC)使单细胞精准测序成为可能，极大地推动了单细胞测序甚至基因测序的进展。

2013年，Science杂志将单细胞测序评选为“2013年最具发展前景的六大科学领域之一”，NatureMethods杂志也将其评为“2013年度技术”，认为该技术将改变生物界和医学界的许多领域[2]。

美国、欧盟等发达国家和地区政府对该领域投入了大量资金，促进单细胞测序技术的改进与应用。

本文主要分析美国、英国和我国在单细胞测序领域的基金资助项目，从基金资助的角度探讨单细胞测序领域的布局与发展，为我国相关部门的决策和科研人员提供参考。

1 资料和方法

1.1 基金数据来源

本文中的政府基金资助指由国家和地区政府及其所属管理机构等提供的基金资助，如美国国立卫生研究院 (NIH)、国家科学基金会(NSF)，以及英国的英国研究理事会(RCUK)。我国的国家自然科学基金、“863计划”、国家重点研发计划资助的项目均属于政府基金资助的项目。

另外，本文涉及的单细胞测序及其应用领域包括单细胞测序技术的研发及利用该技术得到的测序结果进行分析的研究，即与测序相关的、单细胞水平上的、包括测序相关技术及利用测序结果进行分析的研究，不涉及针对序列本身的分析。

其中美英政府资助的基金数据源于美国联邦机构基金资助结果在线检索平台(Federal RePORTER)和英国RCUK资助项目的检索平台(Gateway to Research)，检索方法为：在标题和摘要进行检索，检索式为“single cell”AND(sequencing OR seq)；我国基金数据来源于国家自然科学基金(NSFC)资助项目检索系统，检索词为：“单细胞测序”“单细胞基因”“单细胞组学”和“单细胞转录组”，检索时间范围为1999-2016年。

1.2 方法

用Excel软件统计基金项目数和经费数的时间分布、机构分布、课题负责人分布及项目类型分布并绘图。人工判读标题和摘要，结合已有的资助领域，对各机构的研究领域分组。

2 结果

2.1 美国联邦机构对单细胞测序相关项目的资助

2.1.1 资助力度与资助领域

通过Federal RePORTER资助项目检索平台，检索到截至2016财年，美国联邦机构在单细胞测序相关领域共资助915个项目，不同财年同项目标题去重合并后为481项，累计经费5.39亿美元[3]。

基金资助始于2008年。自2013年起，每年的资助目数和资助额逐年陡增(图1)，体现出美国近几年对单细胞测序相关项目的重视。

图1 美国联邦机构对单细胞测序相关项目的资助

各联邦机构对单细胞测序相关研究与应用领域的资助以国立卫生研究院(NIH)为主，经费数占总量的88%，其他资助机构为国家科学基金会(NSF)、国防部国会指导医学研究项目(CDMRP)和退伍军人事务部(VA)(表1)。

表1 美国联邦机构对单细胞测序相关项目的资助

研究和应用领域主要为将单细胞测序应用于分子和细胞基础研究，感染性疾病、肿瘤、心血管与血液病和神经精神疾病研究，再生医学与干细胞研究，生物多样性研究，单细胞测序相关工具、方法的建立，试剂与仪器设备的开发，资源与平台的建立等(表2)。

表2 美国联邦机构对单细胞测序相关研究与应用领域的资助

2.1.2 获得资助的机构与负责人

在单细胞测序领域，NIH所属机构和哈佛大学获资助额最多(表3)；哈佛大学的George M.Church和加州大学圣地亚哥分校的Zhang Kun是获资助额最多的科学家，分别获得1 896万美元、1 620万美元研究经费(表4)，用于人类遗传变异的因果转录关系研究和单细胞微生物基因组测序系统开发、人脑单细胞测序方法研究等。在单细胞测序技术领域取得重要突破的谢晓亮共获得NIH 789万美元的资助，在2013年发明多次退火环状循环扩增技术(MALBAC)之前共获得325万美元用于单细胞测序技术的开发，在单细胞测序技术研究成熟之后，2013-2016年间将464万美元项目经费用于单细胞测序技术在人类基因组测序及癌症基因组测序中的应用研究。其他获得经费前10的科学家的研究领域为单细胞测序技术在免疫应答特征的研究、人类胰腺细胞的采集与分析、iPS细胞的功能研究、细胞异质性的评估、乳腺癌机制研究、HIV遗传变异研究中的应用，以及NIH的DNA测序与基因组学中心的建立。这些项目的投入将促进单细胞测序技术在肿瘤、神经系统功能与疾病、病原体感染等研究领域的应用，增强该技术的开发与改进。

表3 获美国联邦机构单细胞测序相关领域资助经费的前10位机构

美国联邦机构的资助中有45个项目提供给22家企业(机构名含有CORPORATION或INC、LLC后缀)，资助机构主要为NIH，NSF和CDMRP各自资助了6项和1项，经费合计3 270万美元(表5)，占美国联邦机构对单细胞测序相关领域资助总额的6%。其中获得资助额最多的机构是“克雷格·文特尔研究所”，达1 000万美元。获资助经费前10位的公司主要研究方向为人体微生物菌群或微生物多样性研究，肿瘤、精神分裂症、多发性硬化、自身免疫疾病等疾病的基因组学或转录组学分析，细胞活性监测，以及单细胞测序相关试剂盒、单细胞分选与测序技术开发等。

表4 获美国联邦机构单细胞测序相关领域资助经费的前10位科学家

表5 获美国联邦机构单细胞测序相关领域资助的企业

2.2 英国对单细胞测序相关项目的资助

2.2.1 资助力度与资助领域分布

英国研究理事会(RCUK)是英国生物医学领域主要的政府资助和管理机构，通常是采取研究项目或计划等形式支持英国大学和公共研究机构的科学研究。

RCUK目前资助的单细胞测序相关项目共88项[4]。对外资助的研究项目(Research Grant)共71项，经费共计4 298万英镑，主要研究领域分布于单细胞测序相关方法与技术研究、单细胞测序技术应用于分子基础研究和疾病分子机制研究、生物多样性与生态学研究(表6)。

表6 RCUK单细胞测序相关领域资助经费分布

英国单细胞测序相关研究主要资助机构为RCUK成员理事会生物技术与生物科学研究理事会(BBSRC)、医学研究理事会(MRC)、工程和物理科学研究委员会(EPSRC)和英国自然环境研究委员会(NERC)(图2)。其中BBSRC资助的项目数和经费最多，分别为54项，2 221万英镑；其次为MRC，15项，1 326万英镑。

图2 获英国RCUK单细胞测序相关领域经费的前10位科学家

2.2.2 受资助的机构与负责人

资助额最大的项目“Technologies and Techniques for Single Cell Proteomics and Lipidomics: Nanodigestion and Analysis of a Single Cell Plasma Membrane”由伦敦帝国学院的David R.Klug承担。David R.Klug在该项目中获得513万英镑经费，也是目前RCUK在单细胞测序领域单项及累计资助最多的科学家(图2)。伦敦帝国学院共获得BBSRC的2个资助项目，共544万英镑，是目前获得RCUK资助额最高的机构(图3)。

图3 获英国RCUK单细胞测序相关领域经费的前10位机构

2.3 我国单细胞测序相关项目的资助

2.3.1 资助力度与资助方向

2.3.1.1 国家自然科学基金(NSFC)[5]

2010年，NSFC资助2个细胞测序相关研究项目单，经费77万元。

2012年，原中国人民解放军第三军医大学吴玉章主持的“单细胞转录组技术用于肝脏浸润T细胞在慢性乙型肝炎中的作用机制研究”作为国际(地区)合作与交流项目，单项获得NSFC 300万元资助。

2013年，随着国际对单细胞测序领域的关注上升，NSFC投入1 500万元用于相关研究，2014-2015年资助项目数及资助金额稍有回落，在2016年又迅速增加至23项，超过2 000万元(图4)。

图4 2010-2016年NSFC在单细胞测序领域的资助力度

资助的研究领域中，以单细胞测序仪器和技术开发经费最多，目前已资助约3 000万元，其中对肿瘤研究与监测、胚胎发育和微生物基因组研究(包括口腔菌群微生物研究)中的资助力度位于前列。各相关领域的资助情况见表7。

表7 NSFC对单细胞测序相关领域的资助

2.3.1.2 国家科技计划

在2015年度的“863计划”项目申报指南[6]中，将单细胞测序作为重点关注的方向之一，共设立3个研究方向，分别是单细胞测序技术的改进及其在肿瘤防治、生殖医学领域的应用。

自从科技计划体系实施改革之后，国家将单细胞测序资助纳入了国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项。

在2016年度“精准医学研究”的申请指南中，研究方向继续沿袭了“863计划”对单细胞测序技术与方法及其在肿瘤防治、生殖医学领域的应用研究，并将“临床用单细胞组学技术研发”作为“面向未来精准医学应用的其他组学技术研发”的第一个研究方向，其目的是为了全面发展和完善单细胞基因组、转录组、表观基因组高通量测序技术和方法，建立单细胞的快速分离、捕获、提取、培养与精准表征系统，深入推进单细胞技术在癌症血液检测、肿瘤干细胞、肿瘤特定区域、特定功能细胞研究中的应用，深入推进单细胞技术在胚胎植入前诊断和筛查、生殖细胞研究中的应用[7]。

2.3.2 主要受资助机构与负责人

由于本文无法获取“863计划”具体资助项目，因此我国主要受资助机构和负责人信息来自国家重点研发计划和NSFC公布项目。

已公布的国家重点研发计划资助项目中，北京大学的张泽民和博奥生物集团有限公司的郭弘妍各承担一项单细胞组学技术开发相关项目，经费分别为1 350和900万元。

NSFC资助的单细胞测序领域项目中，面上项目和青年科学基金资助项目分别为26项和18项。

北京大学的黄岩谊和厦门大学的颜晓梅先后在2013年和2016年承担国家重大科研仪器设备研制专项，是我国单细胞测序新仪器设备和新技术开发的重要项目，他们获得的资助额分别为850万元和691.8万元。

北京大学是目前获得NSFC在单细胞测序领域资助金额最多的单位。

获资助金额排名在前5位的单位及研究内容见表8。研究领域主要有单细胞测序仪器和技术开发、肿瘤、胚胎发育、干细胞研究、微生物基因组及医学免疫学。

获得NSFC资助的金额在200万元以上的8位科学家及其具体研究方向见表9。他们的研究领域主要为单细胞测序仪器和技术开发、肿瘤、胚胎发育、干细胞研究、微生物基因组、医学免疫学和神经损伤修复。

表8 单细胞测序领域获得NSFC资助金额前5位的单位及其项目

表9 获NSFC资助总额超过200万元的从事单细胞测序相关研究的科学家的研究方向

3 结论与讨论

单细胞测序在组织器官内细胞基因组的异质性研究、干细胞的异质性研究、生殖细胞的遗传重组研究、胚胎的植入前遗传学诊断研究、法医学少量DNA测序等方面拥有无与伦比的优势。认识到单细胞测序在生物医学研究与应用中的重要价值后，各国政府不断增加单细胞测序研究投入，美国和英国在2015和2016年的资助额分别达历年资助总额的54%和27%。我国对单细胞测序的基金资助时间较发达国家滞后，NSFC自2012年起，资助力度明显增长，截至2016年资助总额累计达6 400万元，其中2015和2016年的资助额共占51%。NSFC前期对基础研究的资助取得一定成果后，2015年“863计划”、2016年的国家重点研发计划集中财力，重点资助单细胞测序技术的改进及其在微生物、肿瘤和生殖医学等领域的应用。美国、英国和中国的研究和应用领域均涉及测序方法与技术研发，单细胞测序技术在分子基础研究和疾病分子机制，如感染性疾病、肿瘤、神经精神疾病研究，生物多样性研究中的应用，但美、英较我国更为领先，研究领域也更为广泛。

我国NSFC、“863计划”及国家重点研发计划目前累计在单细胞测序领域资助经费约1亿元，明显低于美国不完全统计的5.4亿美元，甚至英国的4千万英镑，说明我国在单细胞测序相关项目中的资助力度仍显不足。在现有政府财力支持下，需要科学家们充分利用已有资源，推动单细胞测序技术进一步发展，使其在微生物感染、肿瘤诊断、免疫学、产前筛查和胚胎植入前遗传学诊断中得到更好应用[8-11]。未来我国还需要加大单细胞测序在免疫学、神经科学研究，糖尿病及其他疾病的诊断与监测研究的投入。