1.1 核糖核酸与生命调控及健康领域国内外布局

本章重点调研了近年来美国、欧盟、日本和我国的相关计划与项目，分析主要国家目前在核糖核酸领域，尤其是核糖核酸与生命调控及健康领域的重点布局。

1.1.1 美国资助多个RNA医学研究项目

由美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家人类基因组研究所（NHGRI）领导的“DNA元件百科全书”（Encyclopedia of DNA Elements，ENCODE）计划2003年启动初级阶段项目，2007年又启动了扩展阶段的项目。ENCODE计划的重要内容之一是鉴定人类基因组中的非编码RNA的功能，其2016年研究申请和使用者会议的主题包括非编码RNA、RNA结合蛋白[1]。截至2021年2月底，ENCODE计划已经资助了各类课题18905项。ENCODE计划第三阶段已经取得重要成果，相关论文发表在2020年7月30日的Nature等杂志上，以专刊的形式呈现，概述了在人和小鼠细胞系、组织中进行的各类鉴定，并描述了人和小鼠潜在的顺式调控元件（cis-Regulatory Elements，cCRE）图谱，提供了对ENCODE计划数据库及其应用的见解，揭示了调控人与小鼠基因组和细胞核中功能元件的活性[2]。目前，该计划正处于第四阶段——ENCODE 4，资助了4204个课题，如“肾上腺的microRNA-seq”“尾状核头部的DNase-seq”（DNase-seq of head of caudate nucleus）等[3]。

NIH内部研究计划（Intramural Research Program）目前的重要研究领域之一是RNA生物学，包括阐明RNA生物合成通路、确定RNA结构、识别各类RNA的功能、阐明RNA在疾病中的作用、探索基于RNA的新疗法或靶向RNA的疗法。具体领域包括：①Pre-mRNA加工；②非编码RNA的生物合成及其功能；③亚细胞运输与定位；④RNA折叠；⑤RNA结构；⑥包括编辑在内的RNA修饰；⑦RNA-蛋白质相互作用；⑧RNA-RNA相互作用，包括miRNA；⑨RNA稳定性；⑩翻译；⑪RNA病毒；⑫转录调控[4]。同时，NIH内部研究计划建立了跨NIH的RNAi筛选设施（TNRF），TNRF项目涉及广泛的疾病和基础生物学过程，包括癌症（如耐药性筛选方面的DNA损伤制剂和免疫毒素、乳腺癌与黑素瘤的分子靶标、NF-κB和迁移两种癌症相关通路）、传染病（HIV、埃博拉病毒、丙型肝炎病毒的病毒感染与复制、免疫应答）及其他疾病（如帕金森病、糖尿病、脆性X综合征）[5]。

NIH资助了多个RNA研究项目，尤其是RNA医学领域的项目。NIH 2013年启动的“胞外RNA（exRNA）通讯”重大研究计划包括8个主题，分别是：①单个细胞外囊泡（EV）的分类、分离和运载能力分析；②exRNA载体亚类的改进分离与分析；③胞外RNA用作生物标志物开发的临床应用；④胞外RNA新疗法开发的临床效用I期、II期；⑤分析人体血液中胞外RNA的综合参考图谱；⑥胞外RNA的数据管理与资源库（DMRR）；⑦胞外RNA的生物合成、生物分布、摄取和效应器功能；⑧支持RNA纳米技术等相关学术会议的召开。每个主题都资助了数个项目[6]。NIH共同基金（Common Fund）资助的“表观基因组学项目”（Epigenomics Program）也资助了4项RNA相关研究（见表1.1）[7]。

NIH下属的国家药物滥用研究所（NIDA）资助了“探索HIV/AIDS与药物滥用中的表观基因组学或非编码RNA调控”项目，旨在揭示HIV/AIDS感染及其药物使用或滥用中的表观基因组学或非编码RNA调控机制，深入了解这些机制有望产生能监测HIV病毒的新方法，识别有效的分子靶标[8]。NIDA 2018年还资助了“探索慢性疼痛发展、维持与治疗中的表观遗传学或非编码RNA调控”项目，研究慢性疼痛发展、维持与治疗中的表观遗传学或非编码RNA调控通路的作用机制，以便用于开发慢性疼痛新药或生物标志物[9]。

此外，NIH还通过NIH院长开拓者奖（NIH Director's Pioneer Award）[10]、NIH院长新创新者奖（NIH Director's New Innovator Award）[11]持续资助多个RNA及医学应用领域的研究学者（见表1.2）。

美国各大学还开展了许多RNA医学领域的研究。例如，得克萨斯大学MD安德森癌症中心实施了“测序与非编码RNA项目”（Sequencing and Non-coding RNA Program），该项目构建了安德森癌症中心靶向疗法中心的集中式共享资源，其任务是通过DNA基因组分型分析和RNA转录组表达谱分析，为安德森中心的研究人员及其合作网络的研究人员提供最全面、有效的RNA相关数据。该项目开展了自定义阵列系统研究和小非编码RNA与miRNA表达谱分析等[12]。

1.1.2 欧盟框架计划持续资助RNA基础、应用研究与技术开发

欧盟框架计划持续资助RNA领域的研究，尤其是非编码RNA领域的研究。检索欧盟框架计划网站发现，欧盟框架计划共资助了RNA领域的项目/课题3000多项，其中第五框架计划（FP5）资助了170多项；第六框架计划（FP6）资助了260多项；第七框架计划资助了2000多项；“地平线2020”计划资助了280多项，内容涉及RNA结构与功能鉴定等基础研究，各类RNA应用于医学、农业领域，以及相关新技术开发。在基础研究方面，主要有：①长非编码RNA的结构解析与功能鉴定，如Xist的结构鉴定、衰老过程中ncRNA在蛋白质合成与稳态中的作用；②环形RNA生物合成及其相关功能鉴定；③miRNA的调控功能分析，如转录后调控中的核素miRNA通路、miRNA作用靶标（mRNA）分析、miR-129-5p在神经网络稳态中的作用、miRNA激活软骨再生；④mRNA甲基化及其功能，如表观转录组学研究、mRNA甲基化在植物基因表达控制中的作用；⑤tRNA加工与修饰，如蛋白质量控制中tRNA加工与修饰的作用；⑥mRNA剪接组研究，如用CryoEM研究剪接体（spliceosome）；⑦RNA结合蛋白的功能，如探索组蛋白密码样开关控制RNA结合蛋白的多功能性。在应用研究方面，主要有：①miRNA应用于各类疾病干预与治疗，包括miRNA在疾病中的作用，如囊性纤维化中miRNA表达的性别差异、miRNA在心肌缺血再灌注损伤中的作用；作为疾病治疗靶标，如miR-96作为癌症治疗靶标、抗miRNA治疗制剂用于非酒精性脂肪肝、基于miR-133治疗心肌肥厚；作为治疗制剂，如miRNA应用于治疗乳腺癌、创伤性应激和肾脏疾病等；作为疾病诊断与检测生物标志物，如miRNA作为骨关节再生的生物标志物等。②长非编码RNA（lncRNA）应用于医学领域，如细胞外囊泡介导的长链非编码RNA对血管修复和再生的意义、lncRNA在克罗恩病中的作用、环形RNA作为生物标志物。③mRNA修饰在疾病中的作用，如RNA m6A甲基化在甲型流感病毒复制和致病机制中的作用、mRNA修饰在肺部疾病中的作用等。④利用RNA干扰技术开发新药，如用纳米颗粒输送siRNA治疗哮喘、新型siRNA纳米疗法治疗肠炎。⑤miRNA用于农业，利用RNA干扰技术开发新的作物、提高作物抗病能力、改进农作物产量及抗病性能，如拟南芥中的miRNA鉴定、植物-致病菌相互作用中的小RNA功能、RNA喷雾剂改良与保护作物、作物中的RNA干扰保护。在新技术开发方面，改进RNA研究新技术和产业应用新技术，如单细胞基因组学方法、CRISPRi技术、适配体技术、RNA技术用于单细胞代谢物分析、输送RNA药物的新型纳米颗粒开发等。欧盟“地平线2020”计划资助的目前正在实施的重要项目举例如表1.3所示。欧盟新的框架计划“地平线欧洲”（Horizon Europe）已经启动实施，并发布了第一批项目招标，具体资助项目还未公布[13]。

1.1.3 日本开展RNA生理与医学功能研究

日本理化学研究所（RIKEN）领导的哺乳动物基因组功能注释（Functional ANnoTation of the Mammalian Genome，FANTOM）是由理化学研究所Hayashizaki博士及其同事于2000年成立的国际研究联盟，旨在为在RIKEN实施的“小鼠百科全书计划”收集的全长cDNA进行功能注释。此后，FANTOM不断发展和扩展，以涵盖转录组分析领域。该联盟型计划的目标是从元件到系统各个层面解析生命，从对“元件”（转录本）的理解发展为对“系统”（转录调控网络）的理解。

FANTOM计划前后经历了6期，分别是：①FANTOM1，对约20000个小鼠cDNA集合进行初始功能注释；②FANTOM2，对约60000个小鼠全长cDNA集合进行功能注释；③FANTOM3，哺乳动物基因组的转录图谱分析；④FANTOM4，了解转录调控网络；⑤FANTOM5，绘制哺乳动物启动子、增强子、lncRNA和miRNA图谱；⑥FANTOM6，非编码RNA的功能分析。

FANTOM5旨在系统地研究人体中所有细胞类型的基因，确定基因从基因组区域何处被读取，并用这些信息建立人体各类原代细胞的转录调控模型。FANTOM 5分为2期：第1期绘制大部分哺乳动物原代细胞类型、一系列癌细胞系和组织中的转录本、转录因子、启动子和增强子图谱；第2期利用各种RNA表达分析来理解生命奥秘。FANTOM 5于2017年绘制出人与鼠的miRNA及其启动子表达图谱[14]，并鉴定指出人体中约有20000个功能性lncRNA[15]。

目前正在实施的FANTOM6，其目标是系统地阐明人类基因组中lncRNA的功能，具体包括：①生成全基因组概况的参考集，以了解每种细胞类型中转录组和表观基因组的基本状态。②在每种细胞类型中干扰一组lncRNA，并通过CAGE分析和生物信息学分析来评估干扰的分子表型。选择用于扰动的lncRNA是基于已发布的转录本及FANTOM5尚未发布的转录本。③使用其他互补技术，对选定的lncRNA子集进行更详细的功能表征[16]。目前，其试验性分析结果已经发布。

1.1.4 中国资助RNA基础与医学研究

国家自然科学基金委员会（NSFC）生命科学部于2014年开始实施“基因信息传递过程中非编码RNA的调控作用机制重大研究计划”，该计划的科学目标是以重要模式生物为对象，进行多学科相互交叉，整合多种技术和方法，发现基因信息传递过程中新的非编码RNA，研究非编码RNA的生成和代谢及其参与重要生命活动的生物学功能，为发现新的功能分子元件及由其引发的新的生命活动规律提供关键信息。该计划围绕基因组中非编码RNA及其基因的系统发现和功能鉴定，以及非编码RNA介导的基因表达调控等生命科学研究的国际前沿领域，深入、系统地开展非编码RNA功能及调控机制的研究。该计划2017年重点资助以下4个方向：①发现与遗传信息传递相关的新的非编码RNA，特别是长非编码RNA及其功能；②与遗传信息传递相关的非编码RNA的生成、加工、修饰及代谢；③非编码RNA与其他重要生物分子的相互作用、网络及其结构基础；④非编码RNA研究的新方法、新技术[17]。其2019年重点资助研究方向包括：①非编码RNA代谢与功能；②非编码RNA及相关复合物的结构与功能；③非编码RNA在重大疾病发生、发展中的作用机制；④非编码RNA在农作物重要性状形成中的作用机制；⑤RNA修饰的发现与检测技术；⑥RNA动态结构、信息分析和成像技术。2014年以来，该重大研究计划资助项目涉及的领域主要是基础研究，如lncRNA结构与功能鉴定、RNA表观遗传学调控、植物中miRNA和lncRNA的鉴定与功能研究，以及一部分应用基础研究，如lncRNA在HCV等病毒免疫逃逸中的作用等。NSFC还资助了RNA领域的重大、重点项目，例如，2017年资助了首都医科大学杜杰“核酸小分子和花生四烯酸代谢活性小分子调节网络在病理性心肌重构中的作用”项目；2019年资助了系列重点项目，如华东理工大学杨弋“基于新型拟荧光蛋白RNA的活细胞RNA原位实时多色成像技术”、中国科学院上海生命科学研究院童明汉“RNA甲基化修饰调控减数分裂”、上海交通大学雷鸣“长非编码RNA-蛋白质复合物的结构与功能研究”、中国科学院生物物理研究所范祖森“环形RNA circZbtb20调控ILC3细胞发育分化及抗感染应答的分子机制研究”。NSFC通过国家杰出青年科学基金资助RNA领域的青年人才，如2016年资助了中国科学院北京基因组研究所杨运桂“基因表达调控与表观遗传学”、2017年资助了中国科学院生物物理研究所王艳丽“蛋白质-核酸复合物的结构与功能研究”、中国科学院上海生命科学研究院陈玲玲“长非编码RNA的代谢与功能”、中国科学技术大学单革“非编码RNA在遗传信息表达中的调控功能”、浙江大学徐平龙“细胞质核酸识别和疾病机制”，2018年资助了武汉大学陈明周“病毒感染和致病的分子机制”，2019年资助了中国科学院上海生命科学研究院程红“RNA转运与降解的机制和功能”、杨力“计算生物学”，2020年资助了北京大学汪阳明“非编码RNA调控与功能”、复旦大学郑丙莲“小RNA与植物生殖发育”和中国科学院生物物理研究所薛愿超“RNA结合蛋白与转录调控”。NSFC还通过国际（地区）合作与交流项目资助了“嵌合RNA调控膀胱癌淋巴转移的作用和机制研究”等项目。NSFC 2019—2020年批准的RNA项目如表1.4所示。

NSFC医学部2014年启动了“长非编码RNA调控网络在恶性肿瘤转移中的功能和机制研究”重大项目，项目负责人为中山大学宋尔卫教授[18]，该课题组基于肿瘤的十大特征，发现了一批调控肿瘤侵袭转移、增殖、凋亡、代谢、调节肿瘤免疫和炎症等方面的lncRNA，包括肿瘤细胞及肿瘤间质细胞中的lncRNA，以及巨噬细胞外泌体包裹的lncRNA，并对新发现的多个lncRNA进行了功能研究和机制探索。

美国、欧盟在RNA领域的资助布局涉及RNA基础研究、医学与农业领域应用研究、相关技术开发与平台建设各个方面。而我国布局的重点为基础研究、医学领域的应用基础研究，并布局了少量技术开发和数据库建设项目（见表1.5）。