美国国家过敏症与传染病研究所的研究布局分析

张秋菊

(中国科学院科技战略咨询研究院，北京100190)

美国国家过敏症与传染病研究所是美国国立卫生研究院(National Institutes of Health，NIH)下属的27 个研究所和研究中心之一[1]，既是专门负责开展了解、治疗并最终预防传染病、免疫疾病、过敏性疾病的研究机构，也是相关基础和应用研究的资助管理机构，管理资助了复杂多样的研究项目，并为博士前和博士后医师以及科学家提供实验室和临床研究培训机会。 本文从其机构使命、发展历程、研究布局、新型冠状病毒研究部署、研发设施条件及技术储备视角一览美国抗击新型新冠病毒的科技中坚力量。

1 概况

1.1 机构使命

美国国家过敏症与传染病研究所的使命是引领基础与应用研究，更好地了解、治疗并最终预防传染病、免疫病和过敏性疾病，应对新现公共卫生威胁的独特任务。

美国国家过敏症与传染病研究所的愿景是拓展有关了解、治疗并最终预防传染病、免疫病和过敏性疾病各领域知识的广度和深度；发展灵活的国内外研究能力，以对国内外新现和重现的疾病威胁作出适当反应。

1.2 发展历程

美国国家过敏症与传染病研究所的起源可以追溯至1887 年在纽约史泰登岛海洋医院建立的研究霍乱和其他传染病的小型细菌学研究实验室，这是美国最早成立的细菌学实验室，首次成功分离出霍乱弧菌，这也是NIH 历史上的第一个科学成就。 1891 年细菌学研究实验室更名为卫生实验室并搬至华盛顿特区，主要从事传染病以及公共卫生相关研究。

1930 年卫生实验室发展成为NIH，并于1938年迁至马里兰州贝塞斯达。 1948 年，NIH 整合落基山实验室、生物制剂控制实验室、NIH 传染病科和热带病科创建国家微生物研究所。 1955 年，国会将国家微生物研究所更名为国家过敏症与传染病研究所(National Institute of Allergy and Infectious Diseases，NIAID)。

1.3 经费预算与人员数量

2020 财年国会批准美国国家过敏症与传染病研究所预算共58.85 亿美元(约合416.07 亿元人民币)，主要包括外部研究计划36.70 亿美元(约合259.47 亿元人民币)、研发合同(中小企业创新研究)10.14 亿美元(约合71.69 亿元人民币)、内部研究计划7.58 亿美元(约合53.59 亿元人民币)、管理与支撑3.69 亿美元(约合26.09 亿元人民币)。 美国国家过敏症与传染病研究所2020 年共有工作人员1963 人，其中研究人员901人(含高级研究员120 人)，研究管理与支撑人员1062 人[2]。

2 研究方向布局

美国国家过敏症与传染病研究所的研究布局由外部研究计划与内部研究计划两部分组成。 外部研究计划主要集中在HIV/艾滋病；传染性疾病；过敏、免疫学和移植3 个方向；内部研究计划主要包括临床研究；基础研究；疫苗研究3 个方向[3]。

1)HIV/艾滋病

提供资助以更好地了解HIV 及其致病原因，找到预防HIV 感染的新工具，为HIV 感染者开发新的更有效的治疗方法。

2)传染性疾病

资助近300 种传染源的研究，研究这些病原体的生物学特性以及免疫系统的反应。 这些研究发现对于美国国家过敏症与传染病研究所创建疫苗、药物和诊断工具以更好地诊断、预防和治疗传染病至关重要。

3)过敏、免疫学和移植

资助对导致过敏性和免疫性疾病发展的原因和机制的基础和临床研究，并扩展可用于改进诊断、治疗和预防技术的知识。

4)临床研究

促进过敏性、免疫学和传染性疾病领域高质量、最新的临床研究在国内和国际有效实施。 通过提供和支持至关重要的研究基础设施服务等促进临床研究和管理特殊项目，包括临床研究的监督和管理、计划规划和管理、监管监测和依从性、统计咨询和研究方法以及临床研究能力建设等服务。

5)基础研究

开展科学发现研究，以促进改善人类健康的新疫苗、诊断试剂和治疗药物的开发，增进对正常免疫系统组成和功能的了解；揭示引起异常免疫功能(免疫缺陷、过敏和自身免疫)的机制；了解传染源(病毒、细菌、真菌和寄生虫)的生物学特性和宿主感染反应；制定预防和治疗免疫、过敏和传染性疾病的策略。 基础研究主要由NIAID 内设实验室(科)完成，比较有代表性的如表1。

6)疫苗研究

进行研究以促进开发有效的人类疾病疫苗。主要研究重点包括:HIV/艾滋病疫苗开发；埃博拉疫苗开发；流感疫苗开发。 主要由内设实验室完成，代表性的实验室参见表2。

3 新型冠状病毒研究战略计划

2020 年4 月22 日，美国国家过敏症与传染病研究所发布新型冠状病毒(COVID-19)战略计划[4]，确定加快诊断、预防和治疗等4 个重点研究方向。

1)提高COVID-19 的基础知识

表1 内部基础研究实验室

表2 内部疫苗研究实验室

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、传播和监测研究，以确定为什么有些人会出现轻度感染症状而另一些人会出现重症；并将探讨无症状个体在病毒传播中的作用以及病毒潜在的季节性循环。 此外，开发可概括人类所见COVID-19 疾病的大小动物模型。

2)开发快速、准确的诊断和分析方法

识别和隔离COVID-19 病例并跟踪病毒传播。 可检测到低水平COVID-19 的分子检测，并将其与其他相关病毒区分开。 提高诊断分析的速度和准确性，以减轻当前和未来疾病暴发期间的传播。 开发新的和改进血清学检测方法，以检测病毒抗体，加强监视力度并确定COVID-19 感染个体的恢复情况。

3)表征和测试COVID-19的潜在治疗方法

鉴定和评估已批准用于其他条件的药物，这些药物可治疗COVID-19 的新用途，以及测试新型广谱抗病毒药，例如瑞德西韦；基于病毒的单克隆抗体疗法；以个体对病毒免疫反应为目标的以宿主为导向的策略。 在包括住院患者和门诊患者在内的各种患者人群中并行进行多项临床试验，以优化大流行期间的感染者发现。

4)开发安全有效的疫苗

保护个人免受感染并预防未来的SARS-CoV-2 爆发。 采用解决中东呼吸综合征(MERS)和严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒的候选疫苗和方法，并将其应用于当前的COVID-19 大流行中。 使用最初针对MERS 研发的疫苗平台启动了COVID-19 疫苗1 期临床试验，通过1 期安全性和剂量测试来推进实验疫苗的开发，同时计划对最有前途的候选者进行先进的临床测试。 美国国家过敏症与传染病研究所将与政府合作伙伴合作，以确保任何安全有效的COVID-19 疫苗能大批量生产，充足分发给感染风险最高的人群。

4 研发设施

美国国家过敏症与传染病研究所支持开展了解、治疗并最终预防传染病、免疫疾病、过敏性疾病研究的关键研究设施包括生物遏制研究设施、成像设施、基因组学核心设施，此外，还有无菌实验隔离器等实验室动物设施、流式细胞仪等。

1)生物遏制研究设施

包括国家生物遏制实验室(National Biocontainment Laboratories，NBLs)和区域生物遏制实验室(Regional Biocontainment Laboratories，RBLs)，可分别提供生物安全水平2 ～4 级和生物安全水平2 ～3 级生物遏制设施，包括动物模型、影像服务和专用设备。 可用于研究生物防御和新兴传染病原体。 共有国家生物遏制实验室2 个(分布建于波士顿大学、德州大学)，区域生物遏制实验室12 个(分布建于科罗拉多州立大学、杜克大学、乔治梅森大学、罗格斯大学、塔夫茨大学、杜兰大学、阿拉巴马大学、芝加哥大学、路易斯维尔大学、密苏里大学、匹兹堡大学、田纳西大学)[5]。

2)Twinbrook 成像设施

提供必要的多种光学显微镜仪器和技术支持，以使研究人员能够获取和分析活细胞的高分辨率图像。 包括激光扫描共聚焦显微镜、光谱成像、旋转盘共聚焦显微镜、FRET、全内反射荧光显微镜、单分子跟踪、超分辨率STORM 成像、Airyscan 超分辨率成像、荧光寿命成像、荧光相关光谱和活体成像[6]。

3)基因组学核心设施

提供从单个克隆到基因组的标准和定制DNA 测序；支持定制的Affymetrix 和斑点微阵列；高通量SNP 和TaqMan(Q-RtPCR)分析；可提供基因分型和微卫星基因分型服务机器人；上述基因测序与分析的先进生物信息学服务支持。

5 技术储备

美国国家过敏症与传染病研究所促进了对许多世界上最棘手和最普遍疾病的理解、诊断和治疗。 2018 年，在理解和治疗变态反应、免疫、自身免疫和传染性疾病方面取得了重大进展。 2019年，加快了通用流感疫苗的开发进度，增强了HIV感染者之间器官移植的知识，并为研究人类病毒疾病提供了新工具。 此外在治疗埃博拉病毒、开发针对罕见免疫疾病的基因疗法以及了解急性弛缓性脊髓炎的病因方面取得了进展[7]。 其关键技术优势主要有治疗新现和重现的传染病，例如结核病和流感、HIV/艾滋病、生物防御以及免疫介导性疾病，包括哮喘和过敏[8]。

1)抗菌（药物）耐药性

美国国家过敏症与传染病研究所正在资助和进行研究，以更好地了解微生物如何发展并传递抗性基因，支持开发新的更快的诊断测试，并开发出新的抗生素和有效治疗耐药菌的新疗法。

2)生物防御

生物防御研究已整合到其更大的新现和重现的传染病组合中。 美国国家过敏症与传染病研究所继续致力于为这些疾病病原体开发药物、疫苗和诊断试剂，但研究重点已从传统的“一虫一药”方法演变为使用复杂的基因组学和蛋白质组学平台致力于开发广泛的对所有种类的病原体有效的广谱疗法。

3)免疫系统研究

研究人体如何以入侵的微生物、感染的细胞和肿瘤为目标，而忽略了健康的组织。 新技术和遗传信息结合有望揭示出更多有关人体如何保护自己免受疾病侵害的信息，利用这些信息开发预防和治疗传染性疾病和免疫介导性疾病的新策略。

4)疫苗研究

支持并进行从基础免疫学研究到候选疫苗的临床测试。 基础研究旨在了解病原体与其人类宿主之间复杂的相互作用，并产生开发安全有效疫苗所必需的知识。 临床前研究有助于将有前途的候选疫苗推进人体测试。 临床试验评估疫苗的安全性、耐受性和功效。

5)全球研究

支持科学家在各种环境和社会条件下研究传染病和免疫学。 为在遗传和免疫学上不同的人群中测试研究用药物和疫苗的有效性提供机会，以期找到治疗和预防多种疾病菌株和突变的方法。

6)基因组学与先进技术

基因组学、蛋白质组学和系统生物学等研究领域正在创造有关传染病和免疫介导疾病的大量信息。 利用复杂的工具确定引起疾病的病原体的遗传组成，分析病原体菌株之间的差异，并评估免疫系统的不同反应。

6 结语

解决复杂的公共卫生问题需要政府机构、学术机构、私营企业和非营利组织的共同努力。 这种伙伴关系有助于利用资源、提高效率和成本效益并增加研究的可行性和科学影响。 60 多年来，美国国家过敏症与传染病研究所开展并资助传染病和免疫学疾病的基础和应用研究，促进国内和国际伙伴关系，并拥有成功的合作记录:开发和测试新的预防、诊断和治疗方法；并加速将研究成果转化为医疗产品，改善了美国和世界各地数百万人的健康。 新型冠状病毒暴发后，国家过敏症与传染病研究所的快速响应能力既得益于其研究布局与实力储备、设施平台条件，也得益于其长期的合作伙伴关系。