作者:黄辛 刘勋 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/9 14:21:48
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上海科技大学校长江绵恒给新生上“第一课”
纵论科学技术进步与人类健康

 
 
科学网9月9日上海讯(记者黄辛通讯员刘勋)今天,上海科技大学2016级新生开学典礼在张江新校园体育馆隆重举行。上海科技大学校长江绵恒以“科学技术进步与人类健康”为题,给全体新生上了一堂纵览科技与社会发展、剖析国家战略、激励青年成才的“第一课”。
 
江绵恒说,在过去两届新生开学典礼上,我分别以“未来中国能源的科技创新”和“信息化时代的科教创新”为主题,和大家探讨了上科大在能源科技和信息科技领域的发展理念。今天我想借这个机会,以“科学技术进步与人类健康”为主题,和大家共同探讨上科大在生命科学技术领域的发展机遇和挑战。
 
中国科学家今年六月份在《科学》杂志上发表了一篇关于3400万年前气候变化影响人类起源的论文。中科院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员通过分析大量地质、化石证据发现,发生于3400万年前的全球气候巨变,使得地球从“大温室”变成了“大冰星”,这一过程持续了40万年;这一气候变化过程改变了人类的演化路径,使得当时繁盛一时的亚洲类人猿灭绝,而非洲类人猿种群则逐步壮大,最终向人类演进并走出非洲。根据目前学术界的观点,我们的祖先走出非洲大约是7万年前的事。如果以农业革命作为标志,原始人向近代人的进化距今只有1万年左右。而人类的现代文明起始于工业革命,至今只有不到300年的历史。因此我们讨论人类健康,只有限定在现代文明的历史阶段才有现实意义,而现代人类健康水平的发展,可以通过一个关键指标——“人均预期寿命”来加以描述。
 
在工业革命以前的历史时期,全球所有地区的人均预期寿命都在30岁左右。19世纪下半叶,早期工业革命国家的人均预期寿命开始增长,其他地区在很长的时期内仍然维持在原来的低水平。20世纪开始,全球各地区的健康水平开始不断提高。今天,全球人均预期寿命已达到70岁,最高的预期寿命已经达到85岁左右。
 
1800年时,全球绝大多数人口的低预期寿命差异不大。到1950年时,富裕国家和贫穷国家人口的预期寿命差距拉大。其后,随着落后国家人口健康水平提高的速度加快,至2012年时,全球绝大多数人口的预期寿命的差距已经缩小。
 
世界卫生组织将人均预期寿命开始增长的时期称之为“健康转型(Health Transition)”。根据上述图示数据,人类健康经历了若干健康转型,不同地区和国家健康转型开始的时期也各不相同,而这些健康转型的发生都与科学技术的进步息息相关。
 
人类的第一次健康转型起始于19世纪下半叶,首先发生在早期工业革命的欧洲和北美国家。亚洲的第一次健康转型则起始于19世纪末,而非洲直到20世纪上半叶才开始第一次健康转型。人类的第一次健康转型主要归因于人类早期的文明启蒙和以技术进步为标志的工业革命所带来的经济发展,使得人类的生活水平和卫生条件(包括营养、居住、认知等)得以提高。
 
一般来说,GDP 或人均GDP越高的国家人均预期寿命也高,但两者之间不是线性增长,而是呈对数关系,即单位人均GDP增长所对应的预期寿命增长率随单位人均GDP的增加而减小。这也许是贫穷国家和富裕国家预期寿命的差距随经济的发展逐渐减小的原因。
 
值得注意的是,在同一人均GDP水平时,预期寿命随时间的演进而上升,说明经济发展不是人类健康水平提高的唯一因素。事实表明,恰恰是科学技术的进步在人类健康转型和预期寿命提高的过程中起到了至关重要的作用。其中在人类健康史上影响最为深远的就是疫苗和抗生素的发明。
 
人类健康早期遇到的最大威胁是传染病的蔓延。民间有句俗语:“孩子出过疹和痘,才算解了阎王扣。”这里的“痘”指天花,“疹”就是指麻疹。天花瘟疫曾经席卷整个罗马帝国,扼杀无数鲜活生命,就连高居万民之上的帝王也未能幸免。人类的第一种疫苗就是由英国医生爱德华·琴纳(Edward Jenner)在1798年发明的天花疫苗—牛痘。战胜天花是人类预防医学史上最伟大的事件之一;1980年,世界卫生大会正式宣布在全世界范围内消灭了天花。
 
十九世纪八十年代,法国微生物学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)和德国医生罗伯特·科赫(Robert Koch)开启了病原细菌的科学研究。巴斯德开发了继天花疫苗之后的第二代疫苗,包括霍乱、炭疽和狂犬病疫苗,并于1888年成立了世界上第一个微生物研究所—巴斯德研究所。1884年,科赫提出了他最为著名的理论—关于鉴定结核杆菌的原则,并最终发展为“科赫原则”,从而开启了发现病原菌的黄金时代。巴斯德被誉为近代微生物学的奠基人,而科赫则由于在病原细菌研究领域的开拓性成就,获得了1905年诺贝尔生理学或医学奖。
 
疫苗是人类在医学领域里最伟大的发明,每一种新疫苗的诞生和大规模应用都是人类战胜一种传染病的伟大胜利!和十九世纪末相比,现在人类的平均寿命已经延长了数十年,这主要是因为造成人类大量死亡的传染病得到了控制。到二十世纪末,科学家们已经研制和开发出一大批安全有效的疫苗,人类利用疫苗消灭了天花,制伏了霍乱,控制了百日咳、白喉、破伤风、乙肝等多种疾病。至今没有任何一种医疗措施能像疫苗一样对人类的健康产生如此重要、持久和深远的影响;也没有任何一种药品能像疫苗一样以极其低廉的代价把某一种疾病从地球上消灭。
 
但是疫苗没有覆盖所有的病菌感染疾病,有些疫苗也并非百分之百有效,因此人类医学史上第二个里程碑式的成就,就是抗生素的发明。1928年苏格兰细菌学家亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)首先发现了世界上第一种抗生素—青霉素,由于当时技术的局限,青霉素的分离和纯化后来是由英国牛津大学病理学家霍华德·弗洛里(Howard Flory)和生物化学家恩斯特·钱恩(Ernst Chain)在1941年完成的。为此,弗莱明、弗洛里和钱恩三人共同荣获了1945年的诺贝尔生理学或医学奖。至今,临床应用的抗生素已有几百种,解救了无数被病菌感染的生命。抗生素的研发堪称20世纪改变人类健康历史的医学革命。
 
如前所述,并非所有传染病都发现了疫苗,疟疾就是其中一种。疟疾是严重危害人类生命健康的世界性流行病。据世界卫生组织报告,全世界约有数十亿人口生活在疟疾流行区,一百多个国家年约三亿多人感染疟疾,百余万人死于疟疾。自本世纪六十年代起,氯喹等原有抗疟药因疟原虫产生抗药性而失效。当时越南战争正在进行,国际上迫切寻找新结构类型的抗疟药。中国科学家屠呦呦和她的团队从60年代末开始研究,1971年发现了抗疟新药的有效成分—青蒿素。至今,以青蒿素为有效成分的抗疟药仍然是防治疟疾的一线药物。屠呦呦因发现青蒿素为治疗疟疾做出了突出贡献,获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖,为中华民族赢得了莫大的荣誉,为人类健康做出了突出贡献,是中国科学家报国裕民的楷模,她的获奖是当之无愧的!遗憾的是,中国青蒿素成品药的份额仅占全球市场的3%到5%。
 
疫苗和抗生素的发明和广泛应用给人类健康水平带来了进一步的转型,分别称之为“人口转型(Demographic Transition)”和“疾病转型(Epidemiological Transition)”。人口转型是指高出生率、高死亡率向低出生率、低死亡率转移的过程。通常与低收入经济(如发展中国家)向高收入经济(如发达国家)转型发展相关联。转型之前,人口增长以高出生率和高死亡率为特征,人口规模处于低水平。转型中,出生率前期维持在高水平,由于疫苗和抗传染疾病药物的作用,死亡率开始下降,因此人口开始增长。转型后,死亡率维持在低水平,由于经济、技术和教育的进步,出生率也处在低水平,人口增长趋于稳定。
 
疾病转型是人口健康从传染病为主要疾病向非传染慢性病为主要疾病的转变,这一转变通常也和经济从低收入向高收入的转型发展相关联。由于人口转型使得人类预期寿命不断增加,疾病转型形成的非传染慢性疾病更具有成年至老年的特征。世界卫生组织更是提出“健康预期寿命(Healthy Life Expectancy)”的概念,预期寿命和健康预期寿命的差称之为“非健康预期寿命(Unhealthy Life Expectancy)”,在这段生命里,各种慢性疾病是影响健康和生活质量的主要因素。这也是老龄化社会带来的重大挑战。
 
健康转型至今,非传染的慢性疾病已成为人类健康的主要杀手。目前不论是在发达国家,还是在中国,造成居民死因的非传染性疾病主要集中在恶性肿瘤、心脑血管疾病、呼吸/代谢/神经系统疾病等。值得关注的是,中国在恶性肿瘤、心脑血管疾病、呼吸系统疾病方面的死亡比例都超过了美国。而美国的数据表明,过去三十几年,因阿尔兹海默病死亡的人数在快速增加。
 
虽然传染性疾病已经不是当前影响人类健康的主要因素,但是其威胁依然存在,特别是那些没有疫苗的疾病,例如艾滋病、疟疾、丙型肝炎等。有些所谓超级细菌或病毒所感染的疾病,因为缺乏预防和治疗措施,还具有爆发性的特征,而现代交通和全球化交流使得这些疾病的蔓延成为世界性的威胁。2003年在中国发生的SRAS病毒疫情,2014年在非洲爆发的埃博拉病毒疫情, 2015年在巴西等南美国家发生的寨卡病毒疫情等,都给我们敲响了警钟。另一需要特别关注的问题是,病菌对抗生素的耐药性愈来愈严重。最近的一份研究报告预测,未来人类健康的一大威胁就是抗生素耐药性,到2050年,由于抗生素耐药造成的死亡人数有可能超过癌症。
 
生命科学与技术的进步是由人类追求健康的需求所推动,同时又成为人类健康改善的源泉。1953年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的沃森(James Watson)和克里克(Francis Crick)发现了DNA的双螺旋结构,开启了分子生物学时代,他们因此获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。这一发现对生命科学的意义,也许可以和二十世纪初量子理论对物质科学的意义相比拟。
 
二十世纪下半叶,以物质科学、信息科学为基础的材料和信息技术取得了突飞猛进的发展,由此推动了健康医疗技术的极大发展,各种检验、诊断和治疗技术层出不穷,日新月异,从超声波到肠胃镜,从CT到核磁共振,从微创手术到介入治疗,从达芬奇机械手到重离子、质子治疗……。技术的进步又进一步推动了生命科学基础研究的发展,催生了许多新兴学科,包括基因组学(基因检测技术)、蛋白质组学(同步辐射光源、透射电镜设备)、计算生物学(大数据)、系统生物学(互联网、物联网)、再生医学(干细胞)、转化医学、生物信息学等等。
 
科学技术进步是人类健康的源泉。未来的发展趋势,与其说是继续提高预期寿命,不如说是降低“非健康预期寿命”的比重,其意义在于一方面提高健康生活质量,另一方面减少经济社会成本的负担。如前所述,人口增长转型越来越造成老龄化结构,而健康医疗成本又主要集中在“非健康预期寿命”的阶段发生,为下一代的发展增加了预期成本。根据上海社科院的预测,上海在2020年人口红利将消失,即(儿童人口+老年人口)/劳动年龄人口的比例将超过50%。发达国家老龄化的趋势更为明显,健康医疗成本不断增加和经济增长乏力之间的矛盾更加突出。
 
应对人类健康面临的挑战,经济发展是基础,科学技术进步是根本。值得关注的是奥巴马入主白宫以来,发布了一系列与生命科学和健康医疗有关的行动计划,例如“脑计划”(The BRAIN Initiative,2013年4月)、“精准医疗计划”(The Precision Medicine Initiative,2015年1月)、“抗击耐药细菌国家行动计划”(The National Action Plan to Combat Antibiotic-Resistant Bacteria, 2015年3月)以及今年5月份发布的“国家微生物组计划”(The National Microbiome Initiative)等。这些行动计划聚焦“非健康预期寿命”阶段重大疾病的针对性非常明显。
 
中国科研人员近年来在生命科学和技术以及健康医疗领域取得了引人瞩目的成就。中国科学家参加了人类基因组计划(The Human Genome Project)。1999年7月,中科院遗传研究所人类基因组中心在国际人类基因组组织注册成功,负责测定全部序列的1%。中国成为该计划的第六个参与国(美国、英国、法国、德国、日本和中国),也是唯一的发展中国家。上海同步辐射光源于2009年开始投入使用,中国科学家利用这一科学装置开展蛋白结构生物学研究,取得了一批高水平的研究成果。在此基础上,中科院微生物研究所高福院士团队率先在世界上发现埃博拉病毒入侵人体的分子机制。今年5月,上海联影医疗科技有限公司在与美国通用电气、德国西门子、荷兰飞利浦及日本东芝等国际知名医疗设备公司竞争美国精准医疗计划中的2米PET CT 项目时胜出,奠定了该公司在这一领域的国际领先地位。
 
上海科技大学在筹建时就将生命科学和技术作为三大发展领域之一,设立了生命科学与技术学院。同时,学校还成立了免疫化学研究所和iHuman研究所,分别聚焦于抗体药物的研发,以及人类细胞信号转导的基础和应用研究。上科大毗邻上海同步辐射光源、国家蛋白质科学研究(上海)设施、中科院上海药物研究所的新药研发平台,以及正在建设中的中科院上海高等研究院生物医药与生物技术基地。上科大地处上海浦东张江高科技园区,周围分布着大量国际国内的生物医药领域高科技公司。最近国家批准建立张江综合性国家科学中心,第一批实施项目之一就是由我校牵头自由电子激光生物和材料试验等线站工程。我们有理由相信,上科大在生命科学和技术领域的未来发展前景是无限美好的!
 
江绵恒强调指出,人类健康不仅是生命学院和两个研究所的主战场,也是物质学院和信息学院大有作为的领域。比如,物质学院在材料生物学这一交叉学科领域的科研工作将为医学组织工程、基因治疗、药物研发等提供新材料、新方法,信息学院在大数据、人工智能、计算机视觉、虚拟现实等领域的科研工作将为健康医疗产业的信息化和智能化做出重要的贡献。
 
在我们已成为世界第二大经济体的时候,国家高度重视人民的生命健康。前不久,国家召开了全国卫生和健康大会,上次的全国健康大会还是在20年前的1996年举行。在今年的卫生和健康大会上,习近平总书记发表重要讲话,强调没有全民健康,就没有全面小康,要把人民健康放在优先发展的战略地位,深刻论述了推进健康中国建设的重大意义、工作方针、重点任务。上海科技大学是一所服务国家经济社会发展战略的大学,我校生命、物质、信息三大领域科学家将共同努力,针对我国民众在健康医疗领域不断增长的需求,探索和提出基于创新的科技解决方案,培养合格的科技人才,积极参与健康中国建设,为实现“两个一百年”奋斗目标、实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实健康基础。
 
他表示,人类健康是人类文明进步的象征,科学技术的进步是人类健康的源泉,人类对健康的追求不会停止,科学和技术的发展也不会停步。上海科技大学的学生和老师是幸运的,因为你们为之奋斗的事业是进步的事业。科学技术的美丽不仅在于追求的目标是无止境的,还在于追求的过程是令人向往和终身难忘的。当然,在追求的过程中也会遇到各种困难,但只要我们志存高远,坚定信念,刻苦努力,勇于开创,不畏挫折,团结向上,我们一定能够成就无愧于国家和人民、无愧于时代的丰功伟业!

 

 
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