，

隨著全球精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，基因測(cè)序技術(shù)已成為最具潛力、最富活力的生物科技領(lǐng)域之一。

單細(xì)胞測(cè)序(Single-Cell Sequencing)即從單個(gè)細(xì)胞水平上對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序，把基因測(cè)序應(yīng)用到單個(gè)細(xì)胞層面，對(duì)于識(shí)別細(xì)胞的類型、功能，特定細(xì)胞健康或狀態(tài)的變化、變異至關(guān)重要[1]。

隨著靈敏度不斷提升，單細(xì)胞測(cè)序逐步成熟。

2012年謝曉亮及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明的單細(xì)胞基因組擴(kuò)增新技術(shù)(MALBAC)使單細(xì)胞精準(zhǔn)測(cè)序成為可能，極大地推動(dòng)了單細(xì)胞測(cè)序甚至基因測(cè)序的進(jìn)展。

2013年，Science雜志將單細(xì)胞測(cè)序評(píng)選為“2013年最具發(fā)展前景的六大科學(xué)領(lǐng)域之一”，NatureMethods雜志也將其評(píng)為“2013年度技術(shù)”，認(rèn)為該技術(shù)將改變生物界和醫(yī)學(xué)界的許多領(lǐng)域[2]。

美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)政府對(duì)該領(lǐng)域投入了大量資金，促進(jìn)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用。

本文主要分析美國(guó)、英國(guó)和我國(guó)在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域的基金資助項(xiàng)目，從基金資助的角度探討單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域的布局與發(fā)展，為我國(guó)相關(guān)部門(mén)的決策和科研人員提供參考。

1 資料和方法

1.1 基金數(shù)據(jù)來(lái)源

本文中的政府基金資助指由國(guó)家和地區(qū)政府及其所屬管理機(jī)構(gòu)等提供的基金資助，如美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院 (NIH)、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)，以及英國(guó)的英國(guó)研究理事會(huì)(RCUK)。我國(guó)的國(guó)家自然科學(xué)基金、“863計(jì)劃”、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助的項(xiàng)目均屬于政府基金資助的項(xiàng)目。

另外，本文涉及的單細(xì)胞測(cè)序及其應(yīng)用領(lǐng)域包括單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的研發(fā)及利用該技術(shù)得到的測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析的研究，即與測(cè)序相關(guān)的、單細(xì)胞水平上的、包括測(cè)序相關(guān)技術(shù)及利用測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析的研究，不涉及針對(duì)序列本身的分析。

其中美英政府資助的基金數(shù)據(jù)源于美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)基金資助結(jié)果在線檢索平臺(tái)(Federal RePORTER)和英國(guó)RCUK資助項(xiàng)目的檢索平臺(tái)(Gateway to Research)，檢索方法為：在標(biāo)題和摘要進(jìn)行檢索，檢索式為“single cell”AND(sequencing OR seq)；我國(guó)基金數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC)資助項(xiàng)目檢索系統(tǒng)，檢索詞為：“單細(xì)胞測(cè)序”“單細(xì)胞基因”“單細(xì)胞組學(xué)”和“單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組”，檢索時(shí)間范圍為1999-2016年。

1.2 方法

用Excel軟件統(tǒng)計(jì)基金項(xiàng)目數(shù)和經(jīng)費(fèi)數(shù)的時(shí)間分布、機(jī)構(gòu)分布、課題負(fù)責(zé)人分布及項(xiàng)目類型分布并繪圖。人工判讀標(biāo)題和摘要，結(jié)合已有的資助領(lǐng)域，對(duì)各機(jī)構(gòu)的研究領(lǐng)域分組。

2 結(jié)果

2.1 美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的資助

2.1.1 資助力度與資助領(lǐng)域

通過(guò)Federal RePORTER資助項(xiàng)目檢索平臺(tái)，檢索到截至2016財(cái)年，美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域共資助915個(gè)項(xiàng)目，不同財(cái)年同項(xiàng)目標(biāo)題去重合并后為481項(xiàng)，累計(jì)經(jīng)費(fèi)5.39億美元[3]。

基金資助始于2008年。自2013年起，每年的資助目數(shù)和資助額逐年陡增(圖1)，體現(xiàn)出美國(guó)近幾年對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的重視。

圖1 美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的資助

各聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的資助以國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)為主，經(jīng)費(fèi)數(shù)占總量的88%，其他資助機(jī)構(gòu)為國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、國(guó)防部國(guó)會(huì)指導(dǎo)醫(yī)學(xué)研究項(xiàng)目(CDMRP)和退伍軍人事務(wù)部(VA)(表1)。

表1 美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的資助

研究和應(yīng)用領(lǐng)域主要為將單細(xì)胞測(cè)序應(yīng)用于分子和細(xì)胞基礎(chǔ)研究，感染性疾病、腫瘤、心血管與血液病和神經(jīng)精神疾病研究，再生醫(yī)學(xué)與干細(xì)胞研究，生物多樣性研究，單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)工具、方法的建立，試劑與儀器設(shè)備的開(kāi)發(fā)，資源與平臺(tái)的建立等(表2)。

表2 美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的資助

2.1.2 獲得資助的機(jī)構(gòu)與負(fù)責(zé)人

在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域，NIH所屬機(jī)構(gòu)和哈佛大學(xué)獲資助額最多(表3)；哈佛大學(xué)的George M.Church和加州大學(xué)圣地亞哥分校的Zhang Kun是獲資助額最多的科學(xué)家，分別獲得1 896萬(wàn)美元、1 620萬(wàn)美元研究經(jīng)費(fèi)(表4)，用于人類遺傳變異的因果轉(zhuǎn)錄關(guān)系研究和單細(xì)胞微生物基因組測(cè)序系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、人腦單細(xì)胞測(cè)序方法研究等。在單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破的謝曉亮共獲得NIH 789萬(wàn)美元的資助，在2013年發(fā)明多次退火環(huán)狀循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)(MALBAC)之前共獲得325萬(wàn)美元用于單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)研究成熟之后，2013-2016年間將464萬(wàn)美元項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)用于單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在人類基因組測(cè)序及癌癥基因組測(cè)序中的應(yīng)用研究。其他獲得經(jīng)費(fèi)前10的科學(xué)家的研究領(lǐng)域?yàn)閱渭?xì)胞測(cè)序技術(shù)在免疫應(yīng)答特征的研究、人類胰腺細(xì)胞的采集與分析、iPS細(xì)胞的功能研究、細(xì)胞異質(zhì)性的評(píng)估、乳腺癌機(jī)制研究、HIV遺傳變異研究中的應(yīng)用，以及NIH的DNA測(cè)序與基因組學(xué)中心的建立。這些項(xiàng)目的投入將促進(jìn)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)功能與疾病、病原體感染等研究領(lǐng)域的應(yīng)用，增強(qiáng)該技術(shù)的開(kāi)發(fā)與改進(jìn)。

表3 獲美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域資助經(jīng)費(fèi)的前10位機(jī)構(gòu)

美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的資助中有45個(gè)項(xiàng)目提供給22家企業(yè)(機(jī)構(gòu)名含有CORPORATION或INC、LLC后綴)，資助機(jī)構(gòu)主要為NIH，NSF和CDMRP各自資助了6項(xiàng)和1項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)合計(jì)3 270萬(wàn)美元(表5)，占美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域資助總額的6%。其中獲得資助額最多的機(jī)構(gòu)是“克雷格·文特爾研究所”，達(dá)1 000萬(wàn)美元。獲資助經(jīng)費(fèi)前10位的公司主要研究方向?yàn)槿梭w微生物菌群或微生物多樣性研究，腫瘤、精神分裂癥、多發(fā)性硬化、自身免疫疾病等疾病的基因組學(xué)或轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，細(xì)胞活性監(jiān)測(cè)，以及單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)試劑盒、單細(xì)胞分選與測(cè)序技術(shù)開(kāi)發(fā)等。

表4 獲美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域資助經(jīng)費(fèi)的前10位科學(xué)家

表5 獲美國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域資助的企業(yè)

2.2 英國(guó)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的資助

2.2.1 資助力度與資助領(lǐng)域分布

英國(guó)研究理事會(huì)(RCUK)是英國(guó)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要的政府資助和管理機(jī)構(gòu)，通常是采取研究項(xiàng)目或計(jì)劃等形式支持英國(guó)大學(xué)和公共研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)研究。

RCUK目前資助的單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目共88項(xiàng)[4]。對(duì)外資助的研究項(xiàng)目(Research Grant)共71項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)共計(jì)4 298萬(wàn)英鎊，主要研究領(lǐng)域分布于單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)方法與技術(shù)研究、單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于分子基礎(chǔ)研究和疾病分子機(jī)制研究、生物多樣性與生態(tài)學(xué)研究(表6)。

表6 RCUK單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域資助經(jīng)費(fèi)分布

英國(guó)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)研究主要資助機(jī)構(gòu)為RCUK成員理事會(huì)生物技術(shù)與生物科學(xué)研究理事會(huì)(BBSRC)、醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)(MRC)、工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)(EPSRC)和英國(guó)自然環(huán)境研究委員會(huì)(NERC)(圖2)。其中BBSRC資助的項(xiàng)目數(shù)和經(jīng)費(fèi)最多，分別為54項(xiàng)，2 221萬(wàn)英鎊；其次為MRC，15項(xiàng)，1 326萬(wàn)英鎊。

圖2 獲英國(guó)RCUK單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域經(jīng)費(fèi)的前10位科學(xué)家

2.2.2 受資助的機(jī)構(gòu)與負(fù)責(zé)人

資助額最大的項(xiàng)目“Technologies and Techniques for Single Cell Proteomics and Lipidomics: Nanodigestion and Analysis of a Single Cell Plasma Membrane”由倫敦帝國(guó)學(xué)院的David R.Klug承擔(dān)。David R.Klug在該項(xiàng)目中獲得513萬(wàn)英鎊經(jīng)費(fèi)，也是目前RCUK在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域單項(xiàng)及累計(jì)資助最多的科學(xué)家(圖2)。倫敦帝國(guó)學(xué)院共獲得BBSRC的2個(gè)資助項(xiàng)目，共544萬(wàn)英鎊，是目前獲得RCUK資助額最高的機(jī)構(gòu)(圖3)。

圖3 獲英國(guó)RCUK單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域經(jīng)費(fèi)的前10位機(jī)構(gòu)

2.3 我國(guó)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目的資助

2.3.1 資助力度與資助方向

2.3.1.1 國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC)[5]

2010年，NSFC資助2個(gè)細(xì)胞測(cè)序相關(guān)研究項(xiàng)目單，經(jīng)費(fèi)77萬(wàn)元。

2012年，原中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)吳玉章主持的“單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)用于肝臟浸潤(rùn)T細(xì)胞在慢性乙型肝炎中的作用機(jī)制研究”作為國(guó)際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目，單項(xiàng)獲得NSFC 300萬(wàn)元資助。

2013年，隨著國(guó)際對(duì)單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域的關(guān)注上升，NSFC投入1 500萬(wàn)元用于相關(guān)研究，2014-2015年資助項(xiàng)目數(shù)及資助金額稍有回落，在2016年又迅速增加至23項(xiàng)，超過(guò)2 000萬(wàn)元(圖4)。

圖4 2010-2016年NSFC在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域的資助力度

資助的研究領(lǐng)域中，以單細(xì)胞測(cè)序儀器和技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)最多，目前已資助約3 000萬(wàn)元，其中對(duì)腫瘤研究與監(jiān)測(cè)、胚胎發(fā)育和微生物基因組研究(包括口腔菌群微生物研究)中的資助力度位于前列。各相關(guān)領(lǐng)域的資助情況見(jiàn)表7。

表7 NSFC對(duì)單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)領(lǐng)域的資助

2.3.1.2 國(guó)家科技計(jì)劃

在2015年度的“863計(jì)劃”項(xiàng)目申報(bào)指南[6]中，將單細(xì)胞測(cè)序作為重點(diǎn)關(guān)注的方向之一，共設(shè)立3個(gè)研究方向，分別是單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的改進(jìn)及其在腫瘤防治、生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

自從科技計(jì)劃體系實(shí)施改革之后，國(guó)家將單細(xì)胞測(cè)序資助納入了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)。

在2016年度“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”的申請(qǐng)指南中，研究方向繼續(xù)沿襲了“863計(jì)劃”對(duì)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)與方法及其在腫瘤防治、生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，并將“臨床用單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)研發(fā)”作為“面向未來(lái)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的其他組學(xué)技術(shù)研發(fā)”的第一個(gè)研究方向，其目的是為了全面發(fā)展和完善單細(xì)胞基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組高通量測(cè)序技術(shù)和方法，建立單細(xì)胞的快速分離、捕獲、提取、培養(yǎng)與精準(zhǔn)表征系統(tǒng)，深入推進(jìn)單細(xì)胞技術(shù)在癌癥血液檢測(cè)、腫瘤干細(xì)胞、腫瘤特定區(qū)域、特定功能細(xì)胞研究中的應(yīng)用，深入推進(jìn)單細(xì)胞技術(shù)在胚胎植入前診斷和篩查、生殖細(xì)胞研究中的應(yīng)用[7]。

2.3.2 主要受資助機(jī)構(gòu)與負(fù)責(zé)人

由于本文無(wú)法獲取“863計(jì)劃”具體資助項(xiàng)目，因此我國(guó)主要受資助機(jī)構(gòu)和負(fù)責(zé)人信息來(lái)自國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和NSFC公布項(xiàng)目。

已公布的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目中，北京大學(xué)的張澤民和博奧生物集團(tuán)有限公司的郭弘妍各承擔(dān)一項(xiàng)單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)相關(guān)項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)分別為1 350和900萬(wàn)元。

NSFC資助的單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域項(xiàng)目中，面上項(xiàng)目和青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目分別為26項(xiàng)和18項(xiàng)。

北京大學(xué)的黃巖誼和廈門(mén)大學(xué)的顏曉梅先后在2013年和2016年承擔(dān)國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)，是我國(guó)單細(xì)胞測(cè)序新儀器設(shè)備和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要項(xiàng)目，他們獲得的資助額分別為850萬(wàn)元和691.8萬(wàn)元。

北京大學(xué)是目前獲得NSFC在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域資助金額最多的單位。

獲資助金額排名在前5位的單位及研究?jī)?nèi)容見(jiàn)表8。研究領(lǐng)域主要有單細(xì)胞測(cè)序儀器和技術(shù)開(kāi)發(fā)、腫瘤、胚胎發(fā)育、干細(xì)胞研究、微生物基因組及醫(yī)學(xué)免疫學(xué)。

獲得NSFC資助的金額在200萬(wàn)元以上的8位科學(xué)家及其具體研究方向見(jiàn)表9。他們的研究領(lǐng)域主要為單細(xì)胞測(cè)序儀器和技術(shù)開(kāi)發(fā)、腫瘤、胚胎發(fā)育、干細(xì)胞研究、微生物基因組、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)和神經(jīng)損傷修復(fù)。

表8 單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域獲得NSFC資助金額前5位的單位及其項(xiàng)目

表9 獲NSFC資助總額超過(guò)200萬(wàn)元的從事單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)研究的科學(xué)家的研究方向

3 結(jié)論與討論

單細(xì)胞測(cè)序在組織器官內(nèi)細(xì)胞基因組的異質(zhì)性研究、干細(xì)胞的異質(zhì)性研究、生殖細(xì)胞的遺傳重組研究、胚胎的植入前遺傳學(xué)診斷研究、法醫(yī)學(xué)少量DNA測(cè)序等方面擁有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。認(rèn)識(shí)到單細(xì)胞測(cè)序在生物醫(yī)學(xué)研究與應(yīng)用中的重要價(jià)值后，各國(guó)政府不斷增加單細(xì)胞測(cè)序研究投入，美國(guó)和英國(guó)在2015和2016年的資助額分別達(dá)歷年資助總額的54%和27%。我國(guó)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序的基金資助時(shí)間較發(fā)達(dá)國(guó)家滯后，NSFC自2012年起，資助力度明顯增長(zhǎng)，截至2016年資助總額累計(jì)達(dá)6 400萬(wàn)元，其中2015和2016年的資助額共占51%。NSFC前期對(duì)基礎(chǔ)研究的資助取得一定成果后，2015年“863計(jì)劃”、2016年的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃集中財(cái)力，重點(diǎn)資助單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的改進(jìn)及其在微生物、腫瘤和生殖醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。美國(guó)、英國(guó)和中國(guó)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域均涉及測(cè)序方法與技術(shù)研發(fā)，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在分子基礎(chǔ)研究和疾病分子機(jī)制，如感染性疾病、腫瘤、神經(jīng)精神疾病研究，生物多樣性研究中的應(yīng)用，但美、英較我國(guó)更為領(lǐng)先，研究領(lǐng)域也更為廣泛。

我國(guó)NSFC、“863計(jì)劃”及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃目前累計(jì)在單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域資助經(jīng)費(fèi)約1億元，明顯低于美國(guó)不完全統(tǒng)計(jì)的5.4億美元，甚至英國(guó)的4千萬(wàn)英鎊，說(shuō)明我國(guó)在單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)項(xiàng)目中的資助力度仍顯不足。在現(xiàn)有政府財(cái)力支持下，需要科學(xué)家們充分利用已有資源，推動(dòng)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，使其在微生物感染、腫瘤診斷、免疫學(xué)、產(chǎn)前篩查和胚胎植入前遺傳學(xué)診斷中得到更好應(yīng)用[8-11]。未來(lái)我國(guó)還需要加大單細(xì)胞測(cè)序在免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)研究，糖尿病及其他疾病的診斷與監(jiān)測(cè)研究的投入。