1、国家重点实验室申请报告一、建设实验室的目的、意义2一、建设实验室的目的、意义（包括实验室建成后对国家和依托单位的作用、贡献等）（一）建设实验室的目的呼吸疾病国家重点实验室的建立，旨在结合国家中长期科技发展战略，瞄准国内外呼吸病学研究的前沿课题，解决我国主要呼吸系统疾病（突发性呼吸系统传染病、慢性气道疾病、肺癌等）的关键问题，取得标志性原创成果；在研究易患因素、发病机制的基础上，探索新的诊断与治疗手段，开发药物，建立适合国情的诊治方案，为呼吸系统疾病的防治提供技术支撑体系和创新平台。实验室基于依托单位的强强合作，优势互补，力争创立具有中国特色的“临床医学与基础医学有机融合”的临床学科重点实验室的
2、创新模式，充分进行资源整合，学科融合、渗透和交叉，汇聚人才，并着力于体制创新，将实验室建设成为国际知名的、具有原始创新能力的研究基地，呼吸病学高层次人才培养基地。 （二）建设实验室的意义1、维护国民健康和社会发展的需求呼吸疾病是严重危害人类健康的常见疾病。世界卫生组织的资料显示，全球约有10亿人患有慢性呼吸疾病，年死亡人数超过400万，如不采取有力措施，预计未来10年总死亡人数仍将上升30%。城市化、工业化进程带来的环境变化和生活方式的改变是致病的关键因素。呼吸疾病也是我国的常见病、多发病，尤其是慢性呼吸道疾病，不仅患病率高，而且致残率和致死率高。随着我国城市化、工业化进程的加速，预计呼吸疾病
3、的发病率和死亡率仍将继续攀升，防治形势严峻。目前，我国慢性阻塞性肺疾病（COPD ）患者约3280万，40岁以上的患病率达8.2%。哮喘患者约1500万，发病率约为1.2%，广东省支气管哮喘的患病率达3.4%，位居全国前列。慢性咳嗽患者临床误诊误治现象突出，造成极大的资源浪费。根据我国人口疾病死因最新调查（2005）显示，呼吸疾病在一、建设实验室的目的、意义3农村地区疾病死因居第一位（23.5%），在城市居第四位（12.6%）。世界卫生组织全球抗击慢性呼吸疾病联盟（GARD）的调查显示，中国死亡总数的17%来自慢性呼吸疾病。同时，近二十年来，我国肺癌的发病率和死亡率均迅速增加，已居国内城市恶性
4、肿瘤的首位。目前我国肺癌患者约50万人，居世界第一。以上呼吸疾病，不仅构成严重的公共卫生问题，也给社会和家庭带来沉重的经济负担。近年来发生的SARS、禽流感等重大突发性呼吸系统传染病，临床症状均以呼吸系统损害为显著特征，构成严重公共卫生事件。这类疾病在初期难以诊断，感染后病死率高，如SARS 在全球的病死率接近10%，禽流感更高，超过50%，引起广泛的公众恐慌，并造成巨大的经济损失。据亚洲发展银行统计，SARS事件给全球带来的经济损失高达590亿美元，中国大陆达179亿美元，占GDP1.3%，使GDP 的增长率降了0.7%。若禽流感大爆发，亚洲各国的经济损失将高达1100-3000 亿美元，中
5、国大陆损失将达到280-870亿美元。应对SARS和禽流感疫情的经验证明，为了迅速消除这类新发疾病的威胁，需要启动高水平的科学合作，基础与临床合作，解决以下科学重点，包括开发有力和可靠的诊断检测方法，更好地了解传播模式，确定有效的治疗制度，开发新的疫苗或是特异性药物。这些工作将在下一次流感/禽流感大流行或在将来出现不明原因病原体的时候，发挥重要功能。随着我国城市化、工业化进程的加快，呼吸疾病的发病率和死亡率将持续上升。在人员交往日益频繁的世界里，新的突发性呼吸道传染病不分国界地传播，这些都是直面人类生命健康和社会安定繁荣的新挑战，基于此，加强对突发性呼吸传染病的预防、控制和治疗，降低慢性呼吸疾
6、病及肺癌的发病率和死亡率，对于维系社会发展和国民健康具有重大的现实意义。2、探索学科发展创新模式的需求近20年来，随着我国对科技工作的重视，政府科研经费投入、对外学术交流的不断增加，我国的科研工作取得了显著进步，已成为世界的科技大国，但相距科技强国甚远。据统计，我国SCI（科学引文索引）论文的数量居世界第5，但1994-2004 年十年间论文的平均索引率却排在第120位之后；我国高校每年取得6000-8000 项科技成果，但实现成果转化与产业化的不到10%。究其原因，一、建设实验室的目的、意义4主要是科研活动远离社会实际，重基础研究，轻应用研究，导致我国在国际科技总体实力竞争中处于弱势。目前我
7、国的医学研究同样存在基础研究与临床研究结合不紧，临床研究薄弱的现象。在呼吸领域，相比国际先进研究机构，国内实验室明显存在着以下一些问题，即：研究课题、人才和经费分散、单个实验室研究领域和学科覆盖面狭窄。这种状况既与我国严峻的呼吸疾病防治形势不相适应，滞后于经济社会的发展和人们卫生保健的需求，也不利于取得重大创新研究成果，推动学科的发展。作为发展中的大国，要以有限的资源保障国民健康，赶超国际先进水平，必须立足国情，将在基础与临床研究有机融合，这是我国医学研究发展的现实途径和可行方向。广州呼吸疾病研究所是国内成立最早的呼吸疾病研究所，已成为集科研、医疗和人才培养于一体的呼吸病学专业基地，是呼吸病学
8、国家重点学科、广东省呼吸疾病重点实验室等依托单位。在2003年抗击SARS疫情中，在实验室主任钟南山院士的带领下，较早确立了广东SARS的病原，总结了“三早三合理”的防治措施，制定了相关的指南，取得了广东SARS患者的病死率全球最低（3.8%）的成绩，并组织了SARS和禽流感的科技攻关，组织全国大协作，开展呼吸疾病的流调和防治指南的制定，发挥了重要的学术辐射作用。中科院广州生物医药与健康研究院具有与国际接轨的科研管理体制优势，拥有一群从国外归来报效祖国的基础研究团队，主要课题责任人大多曾在世界一流院校、科研机构或跨国公司中担任过教授或高级研究员，富于科技产业开发经验。双方在2005年初就在流感
9、/禽流感、肺癌、哮喘等项目进行了实质性的合作，并在当年建立了联合实验室。基于依托单位对临床与基础融合带来的学科交叉所产生优势互补，以及产学研一体化的发展前景，现进一步申报呼吸疾病国家重点实验室，开创一条具有中国特色的“基础医学与临床医学有机融合”的临床学科重点实验室发展道路。这种创新模式的优越性在于：一方面，将临床发现的问题及时反馈给基础研究，为基础研究提供高质量的原始科学数据和学术理论创新的依据；另一方面，将生命科学研究领域取得的最新成果、技术方法及时指导、应用于临床研究，为疾病的诊断和治疗提供新技术、新方法和新途径。综上所述，建立呼吸疾病国家重点实验室，必将为我国科技进步、人才培养、重大呼
10、吸疾病防治，以及国民健康、社会发展和国家安全做出基础性、战略性和前瞻性的贡献。二、国内外该学科（领域）最新进展5二、国内外该学科（领域）最新进展，发展趋势、应用前景近年来出现的 SARS、人禽流感等突发性重大传染病的首发症状和主要表现在呼吸系统，基本上属于呼吸系统疾病，对这些疾病的早期诊断、治疗药物及预防疫苗研究已成为呼吸系统研究的一个重要领域。由于空气污染日益严重，加之吸烟等因素，呼吸系统疾病的发病率呈逐年上升趋势，特别是慢性呼吸系统疾病，如支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病等越来越成为危及人们身体健康的主要疾病。据国家卫生部门统计，我国每年近三亿人感染呼吸系统疾病，40 岁及以上城市人群慢阻肺的
11、总患病率为 8.2%。在我国人口疾病死因最新调查中，呼吸系统疾病已居农村地区疾病死因的首位，在国内大城市列第 4 位。近 10 年仅儿童哮喘患病率就增加了 64.8%，保守估计中国哮喘患者总数至少在 1500 万以上。为了加强慢性呼吸疾病的防治研究，世界卫生组织于 2006 年正式成了慢性呼吸疾病全球联盟（GARD）。与十年前相比，我国肺癌的发病率增加了 1倍，在北京、上海、广州、南京等大中城市，肺癌的发病率和死亡率已居各种肿瘤的首位，其早期诊断率、五年生存率仍然很不理想。应用现代分子生物学技术，寻找肺癌早期诊断的分子标记，实行个体化的分子靶向治疗应是研究的发展方向。（一）突发性重大呼吸系统传
12、染病重大传染性疾病是危及人类生命健康的公害。呼吸系统传染病因其传播速度快、流行面广，常呈突发表现。1999 年 WHO 公布的导致死亡前十位传染病中，就有 4 种属于呼吸道传染病。回顾历史，从上世纪的四次流感大流行、结核病、百日咳、军团菌，到本世纪的 SARS、禽流感，这些呼吸道传染病给各个国家的经济发展、生命健康都造成了严重损失。1918 年的西班牙流感大流行，死亡的人数达 2 千万以上，超过第一次世界大战的死亡人数；而 2003 年发生的SARS，全球 800 多人死亡，造成经济损失达到 590 亿美元。为此，各国政府对重大呼吸系统传染病给予了极大投入和关注。近年来在病原学、发病机制、早期
13、诊断、预防及治疗等方面都有了不少进展。二、国内外该学科（领域）最新进展61、病原学研究进展新近资料显示，近 30 年新发现的传染病中，已明确病原体的疾病有 60%是由病毒引起的，呼吸道疾病中约有 50%由病毒引起，其中的典型例子就是SARS 冠状病毒（ SARS-CoV）和高致病性禽流感病毒。本所和其它单位联合研究发现，SARS-CoV 基因组各主要片段在疾病流行过程中，对于环境的选择压力有不同的反应。S 蛋白最初表现出对于正选择压力的强烈响应，随后经历选择，最后趋于稳定，由此提出 SARS 分子流行病学的新观点，研究结果在Science上发表。这种流行规律的认识对防止产生类似于 2003 年
14、初的爆发流行具有重要的价值。禽流感病毒按包膜上刺突蛋白-血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）的不同，已经分为 16 个 H 亚型（H1-H16）和 10 个 N 亚型（N1-N10）。目前发现能够感染人类的高致病性禽流感病毒亚型有 H5N1、H9N2、H7N7、H7N2、H7N3等，其中以 H5N1 感染者的病情较严重，被称为高致病性禽流感病毒。由于高致病性禽流感病毒不断变异，尤其是作为药物治疗靶点的 HA 和 NA 容易变异，导致有效疫苗的研制往往落后于病毒变异的速度，这是流感病毒防治工作的一个瓶颈，如何克服这个难题，已成为当今病毒学研究的热点之一。1997 年本实验室刘劲松博士首先测定出流感
15、病毒 NS1 蛋白 RNA 结合域高精度三维晶体结构，发现了一种独特的 RNA 结合蛋白域，为进一步了解流感病毒的发病机理和流感药物的设计提供了依据。SARS、流感、禽流感等病毒不仅通过其本身的毒力与侵袭力导致重症肺炎，而且还常继发细菌感染。文献报道，在 1918 年和 1957 年两次流感大流行中，继发性细菌感染是导致患者死亡的主要原因。由于呼吸道病毒还可通过宿主的抗感染免疫应答，内源性地导致宿主对细菌的易感性，使继发感染的病原谱有一定的特征。加拿大的一项 SARS 回顾性病例分析（2005）显示，金黄色葡萄球菌是继发感染的最常见病原菌；而据我所对 2003 年 SARS 继发性肺炎的病原菌
16、构成分析，铜绿假单胞菌和真菌是主要病原体，而且继发感染者死亡率明显高于单纯 SARS 感染者。虽然一些高危因素（大剂量激素）可使继发感染机率增加，但根据以上研究，内源性因素（如细胞因子）仍可能存在，而且这些细胞因子可能影响感染细菌的种类，这对早期经验性地选择抗生素有重要的指导二、国内外该学科（领域）最新进展7意义。2、发病机制研究进展无论是 SARS 还是高致病性禽流感病毒，其导致的临床后果都以重症肺炎为主，进一步导致全身多器官功能衰竭，使患者在较短时间内死亡。临床病理和动物实验表明，SARS 重症肺炎病理上表现为急性肺损伤，病毒诱导宿主细胞发生过强的免疫病理反应可能在急性弥漫性肺损伤的病理过
17、程中占有重要地位。高致病性禽流感病毒的致病机理尚未明确，但免疫病理和体外研究的结果提示，其与 SARS 诱发重症肺炎的机制有相似之处。最近本实验室徐军等（2006）对 SARS 病人发病各阶段的外周血及肺与淋巴组织中的细胞因子表达谱进行了动态分析，发现 SARS-CoV 感染导致 干扰素可诱导 IP-10 表达增高，是免疫损伤的一个重要因素，并证明这一过程是通过激活炎症反应中的主要信号转导路径JAK/STAT 实现的。国外研究已发现血管紧张素转换酶 II（ACE2）和 CD209L 是 SARS 冠状病毒的细胞受体。应用 ACE2 中和抗体具有与 JAK/STAT 信号通路阻断剂相似的阻断炎症
18、反应的效果，提示 SARS-CoV 通过受体介导的 JAK/STAT 信号通路活化诱导了弥漫性肺泡损伤相关的趋化因子表达。通过进一步研究发现能干扰免疫损伤反应的药物靶点，将有助于发展能有效控制急性肺损伤的新药研制。与病毒相比，细菌的致病机理研究更成熟和丰富。但是，作为高致病性病毒所引起的重症肺炎背景下的细菌感染特征是一项新的领域。研究发现，人流感病毒感染不仅可增加宿主细胞相关受体对细菌黏附的易感性，而且通过一些细胞因子的变化导致对细菌毒力因子的易感性增加。因此，在病毒导致重症肺炎的同时，也内源性地提高宿主对细菌的易感性，主要是条件致病菌和高度耐药的铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、曲霉菌等，使病情
19、复杂化和严重化。总之，病毒、细菌和宿主三者的关系虽然复杂，但根据已有的研究和相关理论，将其作为一个有机的整体进行研究，将为临床微生物学的研究开辟一个新的领域。3、临床诊断方法SARS、禽流感发生后，WHO 和各国都建立了重大传染病的诊断指南，其二、国内外该学科（领域）最新进展8中心内容主要包括流行病学、临床表现、辅助检查三方面。本实验室 2003 年抗击 SARS 取得成功，相当程度上得益于较早地制定合理的临床诊断流程，迅速地进行了有效的治疗。2006 年国家颁布的人禽流感诊治指南同样强调临床诊断的重要性。无论是禽流感还是 SARS 等，这些突发性呼吸系统传染病在临床上多以发热或重症肺炎的形式
20、出现，SARS/禽流感病死率高，除了病毒本身高致病性外，诊断延误亦是一个重要原因。如何建立一个简单有效的诊断程序，在众多的发热和肺炎的患者人群中及时发现 SARS/人禽流感患者，是实现“四早、四合理”防控策略的第一步，也是关键的一步。建立临床上可以常规应用的诊断程序，是实现将“遭遇战”转变为持久的“常规工作”的战略关键。确定诊断依赖于病原学诊断。当前研究的重点是建立快速而敏感的病原学诊断方法，而分子生物学方法和免疫学方法是目前的主要发展趋势。分子生物学检查主要采用 PCR 和分子杂交技术展开。实时定量 PCR 因其敏感、快速，并减少了室内 PCR 产物污染的可能性，已成为主要方法。生物芯片技术
21、是近年迅速发展的又一种新方法，它有准确、快速、高通量的特点，可以同时检测不同的病原体。现已有采用基因组芯片杂交方法检测 SARS 冠状病毒。还有用 60mer 寡核苷酸基因芯片同时检测包括 SARS-CoV 在内的几十种呼吸道病原体（如流感、副流感、肺炎球菌等），因而有助于迅速准确地查明病因。现在本实验室正在与中山大学达安基因公司进行这方面的开发研究。以抗原检测为目标的免疫学方法是早期诊断的另一个重要手段。目前使用的方法包括乳胶凝集试验、ELISA、免疫荧光法、蛋白印迹技术、胶体金层析技术和蛋白质芯片等。总之，重大呼吸系统传染病的早期临床诊断方法必须是建立在临床和病原学多层面的基础上，两者有机
22、结合才能达到早期诊断的目的。4、治疗抗生素的问世，使许多细菌性传染病都得到控制。相比而言，抗病毒药物的研究一直颇为艰难，但近 20 年以来，分子病毒学的发展使得寻找治疗病毒性疾病的靶点成为可能。临床上使用的抗流感病毒药物有四个：金刚烷胺、金刚乙胺、扎那米韦及奥司他韦（达菲）。由于不少流感病毒株已对金刚烷胺和金刚乙胺产生了一定的抗药性，抗病毒药物“达菲”仅在早期发病 48 小时内应用二、国内外该学科（领域）最新进展9有效，而且存在专利保护和价格昂贵的问题，探索新的抗流感药物成为急需解决的问题。通过阐明与流感病毒有关的细胞生物学特点、致病的分子机制及抗药性基础等，寻找潜在的药物分子靶点及其抑制剂是
23、世界的研究热点之一。其中关于流感病毒 NA 和 M2（离子通道蛋白）的生物结构和耐药分子机理的研究受到较多的关注。在这一方面，通过多种结构生物学手段（X-射线衍射、核磁共振、计算机模拟、电镜等）获得它们的三维结构及其与小分子药物相互作用的模型，将为理性的药物设计提供科学依据。用免疫血清或特异性抗体治疗传染病是行之有效的方法，这在SARS、 RSV 等病毒感染中得到过证明。用噬菌体展示等新技术筛选具有中和功能的抗病毒鼠源单抗，并使之人源化，有望能开发出具有治疗和预防功能的新一代抗体产品。RNA 干扰技术的应用，是传染病治疗的一种新手段。设计并合成针对高致病性禽流感（H5N1）、流感和 SARS
24、病毒基因序列的系列 siRNA（small interfering RNA） ，应用体外和体内高效导入技术，先在细胞水平筛选出能够高效抑制相应病毒复制的 siRNA，进一步通过动物模型研究，筛选出能够预防和治疗相应的病毒感染的候选 siRNA，为进一步的临床应用研究提供基础。对于 SARS 及禽流感早期的免疫病理损伤，采取免疫调节（抑制）剂，有可能减轻其免疫炎症的发展，本实验室首次采用设立对照组的方法，证实适当剂量的糖皮质激素应用可以明显降低重症 SARS 患者的病死率及住院时间。5、预防传染病的预防原则为监测和控制传染源，切断传播途径，并倡导健康的生活方式。疫苗接种是久经考验的有效预防手段。
25、目前由我国自行研制的 SARS疫苗已进入临床试验，禽流感疫苗研究也进入 I 期临床试验。由于流感流行株抗原漂移程度很高，在每个流感季节都必须制备特异的疫苗株。传统的“6+2”基因重排制备流感疫苗的方法不仅步骤繁琐，而且耗时较长，不能满足迅速应对突发性流感大流行的需要。反向遗传技术为流感疫苗的研制提供了新的技术保障，是构建疫苗株的最佳方法和有效途径，WHO 推荐使用此方法进行人禽流感疫苗的研制。基因重组活载体疫苗亦是近几年来十分关注的诸多新型疫苗中的一种，改造对动物致病性很弱的病毒作为载体，构建二、国内外该学科（领域）最新进展10含有免疫原性基因的重组病毒。复制缺陷型腺病毒因具有感染细胞范围广、
26、感染效率和外源基因表达水平高、高滴度重组病毒的制备方法简便等诸多优点被广泛用作基因治疗和疫苗载体。本实验室陈凌博士课题组与美国国家科学院院士 Dr Peter Palese 合作，已掌握了反向遗传技术和重组腺病毒制备流感疫苗的方法。1997 年本实验室刘劲松博士首先测定出流感病毒 NS1 蛋白 RNA 结合域高精度三维晶体结构，发现了一种独特的 RNA 结合蛋白域，为进一步了解流感病毒的发病机理和流感药物的设计提供了依据。（二）支气管哮喘与慢性咳嗽1、哮喘发病机制支气管哮喘（哮喘）是一种由多个易感基因和环境因素共同作用的复杂性状的遗传性疾病，表现为反复发作性气道阻塞、气道炎症和气道高反应性为特
27、征的慢性气道炎症，具有明显的遗传倾向，呈家族聚集性。通过全基因组扫描，目前确定与哮喘发病相关性最强、最稳定的基因位于5、6、12和13号染色体。一般认为哮喘最重要的免疫学异常在于Thl/Th2亚群数目和（或）功能失衡，过度的Th2免疫应答是哮喘的主要发病机制。然而，近年来发现伴有严重气道重塑的重症哮喘患者气道表达高水平的干扰素诱导蛋白10（IP-10） 。IP-10作为Th1淋巴细胞、单核细胞的强大趋化因子，主要引起Th1炎症反应。此外，一些病毒、支原体以及衣原体感染时，表现为Th1细胞因子IFN-水平增高以及相关趋化因子IP-10释放增加，这些病人可伴随严重喘息及气道高反应的发生。以上临床发现均提示Th1炎症亦与气道重塑相关，可能诱导或促进气道高反应的发生发展。近年研究表明，Toll样受体（TLRs）家族是识别入侵病原体的主要先天免疫受体分子。TLRs信号能通过诱导促炎细胞因子的产生，并上调共刺激分子的表达迅速激活先天免疫，而且最终激活获得性免疫。研究发现TLRs 参与树突细胞诱导成熟、促进T细胞分化和调节肥大细胞反应，成为联系天然免疫和适应性免疫的桥梁，从而在哮喘免疫调控中起重要作用。随着人类基因组计划（HGP）的基本完成和表达序列标记（ EST）数据库
