宋懷東：科學戰線的生命衛士

本刊記者　王海濤

宋懷東：科學戰線的生命衛士

本刊記者王海濤

專家簡介：

宋懷東，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院臨床醫學研究中心、中心實驗室主任，內分泌學科學術帶頭人。蚌埠醫學院獲學士畢業，上海交通大學醫學院獲臨床醫學碩士、博士學位。

百千萬人才工程國家級人選、國務院特殊津貼專家、中國青年科技獎、教育部新世紀人才、上海市領軍人才、上海市十大杰出青年、上海市曙光學者。2015美國內分泌年會壁報競賽評審、中華醫學科技獎第二節評審委員會委員、Journal of Diabetes 編委、《中華內分泌及代謝雜志》編委。

在國內外發表論文100余篇，被SCI引用2100多次，承擔國家自然科學基金重點、國家高技術研究發展“863計劃”，曾獲得國家自然科學獎、教育部及上海市自然科學獎。

宋懷東現在是上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院臨床醫學研究中心、中心實驗室主任，內分泌代謝病學科帶頭人。他是一位時刻關注人類生存狀態與生命質量的醫生，也是一位有著嚴謹治學精神的科學家，他用自己專業的學科知識，嚴謹求實的科研態度，帶領自己的團隊解開了一個又一個謎團，為人類的生存質量和生命保障做出了杰出的貢獻。

解碼GD發病分子機制

多基因病易感基因的識別和鑒定是科學界面臨的共同挑戰，最大的挑戰是發現的易感基因在不同的人群中重復驗證的不一致。宋懷東認為，出現這樣的問題是因為同一種多基因病可能存在不同的亞型，不同亞型可能由不同的主效基因導致。基于上述的設想，宋懷東選擇了自身免疫性甲狀腺腫伴甲亢（Graves’病）這種常見但發病率又不是非常高的多基因遺傳病作為研究對象進行深入研究。在研究中，宋懷東識別鑒定了8個新的甲亢（GD）易感基因，并驗證了5個以前報道的GD易感基因。識別的新的GD易感基因，占目前認可的GD易感基因的40.9％，并拓展了人們對GD發病分子機制的理解。

在整個項目進行的過程中，宋懷東牽頭成立了中國甲狀腺疾病遺傳協作組，收集了大量的自身免疫性甲狀腺疾病的樣本，建立了國際上最大的甲狀腺疾病遺傳資源樣本庫。利用這些資源，最終實現了識別鑒定8個新的GD易感基因，并驗證了5個以前報道的GD易感基因。識別的新GD易感基因，占目前認可的GD易感基因的40.9％。其中5個新位點（5q31-33的SCGB3A2、4p14 的GDCG4p14、6q27的RNASET2和Xq21 的ITM2A）在至少兩個以上獨立人群中進行了研究，并被證實，拓展了人們對GD發病分子機制的理解。如第一次發現長鏈非編碼RNA參與GD的發生，明確逃逸X染色體失活的X染色體的基因，在GD發生中發揮重要的作用（Nat Genet. 2011，Hum Mol Genet. 2013，2009）。值得注意的是，在全基因組關聯分析技術（GWAS）問世以前，宋懷東和他的團隊通過定位候選克隆策略，在5q31區段內識別一個新的GD易感基因SCGB3A2，發現該基因調控區上的rs1368408和-623到-622AG/T可能是甲亢的易感位點。該SNP位點影響SCGB3A2與轉錄因子的結合，并使該基因的轉錄水平下降。隨后SCGB3A2與GD的相關性分別在英國和俄羅斯的甲亢人群中獲得了驗證，在多篇GD易感基因的綜述中，均肯定SCB3A2是一個在不同人群中可以被廣泛證實的GD新易感基因。值得注意的是，這個新的GD易感位點，是在全基因組關聯分析技術問世以前，人們對多基因病易感基因識別鑒定的研究尚處于黑暗中艱難摸索過程中發現的，正如英國牛津Stephen Gough教授所說：“SCGB3A2是經過了近10年和無數次失敗之后在5q31區段識別的唯一一個新的GD易感基因”。

在基因識別鑒定中提出科學假說

隨著研究的深入，宋懷東提出，同一種多基因病可能有不同的亞型，不同的亞型可能由不同的主效基因，或者由同一易感基因不同的SNP位點變異引起的科學假說，并在甲亢這種多基因病的研究中獲得了證實。

在進行甲亢易感基因識別鑒定的過程中，宋懷東及其團隊遇到了一個令人困惑的現象。比如，多數的研究已明確PTPN22上的SNP位點rs2476601是歐洲人群GD的致病易感位點，但該SNP在日本和中國人群中不存在，那么PTPN22是否是中國人群甲亢發生的致病易感基因，是否中國人群中甲亢的發生是由于PTPN22基因上其它部位的SNP位點變異導致的？

于是，他們的團隊選擇了該基因所在區段內的tag SNP位點，在中國大樣本甲亢人群中進行研究，發現不僅該基因上的rs2476601多態性位點在中國人群中不存在，而且該基因不是中國人群中GD的致病易感位點。這表明PTPN22是歐洲人群甲亢發生的致病易感基因，但與中國人群中甲亢的發生不相關。提示不同人群中甲亢的發生，可能是不同的易感基因導致的發病機制不同的分子亞型。

同時，宋懷東和他的團隊還通過GWAS技術，對5500例甲亢病人和同地域5500例健康人進行了研究，發現雖然甲狀腺素刺激激素受體（TSHR）是中國人群GD的易感基因，但TSHR只與藥物治療后TSHR抗體持續陽性（TRAb+）的甲亢病人的發生密切相關，而不是治療后TRAb陰性的甲亢病人的易感基因。而且，MHC位點和TRAb抗體持續陽性的GD病人的相關性明顯強于TRAb陰性的病人。

已經明確，治療TRAb持續陽性的病人，停抗甲狀腺藥物后，容易復發；而治療后TRAb轉陰性的甲亢病人，停用抗甲狀腺藥物治療后，病人不易復發，這兩種類型的病人有不同的預后和對藥物的反應。這項研究第一次明確了這兩種情況的甲亢患者，有不同的致病易感基因，其發病的機制不同（Nat Genet. 2011）。這些結果不僅為提出的多基因病存在不同的亞型，不同的亞型可能由不同的致病易感基因引起的科學假說，提供了強有力的證據，而且將有可能對GD臨床治療方案的選擇和預后的評估產生深遠的影響。

成功解析SARS爆發流行的分子規律

SARS肆虐，波及全球。各國實驗室集中力量尋找病原體，通過10個國家13個實驗室的密切合作，發現SARS的致病原因是一個在人類中從未見過的新型RNA冠狀病毒。但是，SARS冠狀病毒從何而來？SARS冠狀病毒在人體內的變異規律？它在人群中引起爆發流行的原因？我們能否阻斷SARS的爆發流行？今后SARS是否再來？我們是否能預防SARS的再次爆發流行？要解答以上種種問題，有必要將SARS-CoV基因組的變異與其流行病學的信息結合起來進行分子進化的研究，尋找SARS爆發流行的分子機制。

在科技部、廣東省和上海市科委的支持下，在趙國屏院士的協調領導下，包括宋懷東在內的我國多位科學家通力合作，經過3年多的努力，成功地解析了SARS分子流行病學及SARS冠狀病毒分子進化的規律。首先，他們通過對廣東早期SARS病人的分子流行病學研究，闡明了SARS病毒的來源。通過對廣東早期病人體內的SARS病毒進行基因組測序，發現SARS病毒可能是從野生動物進入人體，導致人群中流行。

其次，通過研究發現了SARS病毒在人體內的變異規律，明確了SARS爆發流行的分子機理，為SARS防治提供了科學的依據。團隊應用建立的一套敏感而針對微量樣本全基因組測序的技術體系，對這些樣本進行SARS病毒的全基因組測序，共完成24例病人29 條SARS全基因組的測序，并結合32條早、中、晚各期的SARS冠狀病毒序列和2條深圳果子貍體內的SARS樣冠狀病毒序列，進行SARS病毒在人體內分子進化規律的研究。他們發現，在早期病人體內，SARS病毒剛進入人體，病毒的致病能力和傳播力較弱，但由于不適應新的宿主的生存環境，受到強大的正選擇壓力，因此氨基酸變異的速率高，此時疾病易于控制和治療；經過一段時間在人體上的適應，病毒的致病與傳播能力均有明顯的提高，氨基酸變異趨緩，病情較為嚴重。到了流行的晚期，病毒發生了某些關鍵位點的變化，使其適應人體內的生存環境。

第三，關于SARS冠狀病毒基因型與致病性和傳染性的關系的研究。通過對2003-04階段的早期病毒序列的比較以及傳染病學和病人臨床表型的研究說明，此階段的病毒比2002-03早期階段的病毒更接近動物病毒，其對人的致病能力弱，病人癥狀輕，不需要ICU處理，不造成人對人的傳染。對2002-03階段病毒序列的比較以及傳染病學和病人臨床表型的研究，發現當時已經出現人傳人的現象，病人中也出現了死亡的病例。但是，早期病人的傳染能力似乎較弱，自中期起，傳播能力明顯增強。

第四，通過研究發現了SARS大爆發時早、中、晚期SARS病毒的基因組特征性分子標志，為檢測SARS病毒危害提供了科學依據。通過對于來自于SARS疫病過程中63株SARS冠狀病毒序列的數據進行分析，印證流行病學調查認識到的早期、中期和晚期流行病學各階段及其特征，發現了疾病每一階段的特征性基因型。

第五，通過對果子貍體內SARS病毒分子進化規律的研究，提出了果子貍是SARS病毒中間宿主而非天然宿主的科學論斷。通過計算生物學分析發現，在一年間、在不同地域中發現的果子貍攜帶的病毒的序列出現了明顯的變異。說明病毒在果子貍體內也發生著與在人體內類似的快速進化適應的過程，而且，也正是S基因受到的正選擇壓力，最為顯著。

最后，根據研究結果，提出了完整的假說，即天然宿主體內的SARS病毒，進入果子貍體內，在正選擇壓力下，基因組發生某些改變，尤其是S蛋白上兩個氨基酸N479K/T487S，突變為和人類SARS病毒S蛋白上的氨基酸相同時；人們接觸帶有SARS病毒的動物如果子貍，使SARS病毒進入人體，SARS病毒剛進入人體時，毒力小，傳染力弱，不適應在人體內生存；此時若能及時發現病人，給予嚴格隔離，將不會引起SARS的大規模爆發流行；但由于受到人體免疫的正選擇壓力，病毒的基因組發生快速的變異，一旦某些關鍵位點發生突變，使病毒更適應在人體內生存且傳染性增強，將會引起爆發流行。而2004年在我國發生的兩起SARS事件，驗證了我們假設的科學性。（Science, 2004; PNAS 2005）

因此，如果今后注意對可能來自動物的新發SARS冠狀病毒感染的監測，及時加以隔離、控制，當不至于產生類似于2003年的爆發流行；但是如果我們哪一天忽視了對果子貍體內SARS病毒及早期SARS病人的監測、識別鑒定的話，將可能再次重蹈2003年大爆發的覆轍。

建立測序技術體系

宋懷東是一位經歷過嚴格科研培訓又有豐富臨床經驗的中青年專家。由于他特殊的工作和學習背景，長期堅持科研和臨床的緊密結合，倡導用科研的思路看待病人，給每一個病人最適合的、精準的治療方案；同時堅持從臨床的角度從事科研，使科研能夠盡快為臨床的發展服務。他心目中一個優秀的臨床科研工作者應該在一生中，有自己發現的前人尚不認識的新的病種，并為患者尋找新的治療的手段，解除患者的疾苦。

宋懷東及其團隊第一次用人類基因組計劃發展起來的cDNA微陣列技術對正常人內臟脂肪組織的分泌功能進行詳細的研究，發現脂肪組織有大量的分泌蛋白或受體表達，其中60種分泌蛋白，88種受體是首次發現在內臟脂肪組織中表達。首次鑒定出脂肪組織內的8個自分泌或旁分泌系統。從基因表達譜的角度，為人脂肪組織是體內重要的內分泌器官提供了證據。最近，宋懷東及其團隊從脂肪組織中識別了一種可以分泌入血，抑制食欲的新的激素：mimecan。而mimecan的作用機制和脂肪組織分泌的另一個著名的抑制食欲的激素瘦素是不同的，因此，二者在抑制食欲中可能有協同作用，將為肥胖的治療提供新的前景。

此外，宋懷東在醫學基因組學國家重點實驗室工作期間，引進和建立了一代測序和二代測序技術平臺體系，并將這些技術應用于科學研究和臨床疾病的診斷之中。應用一代測序技術，建立了完整的單基因病基因診斷技術平臺，并應用于36種單基因遺傳病的基因診斷中。發現了一些致病基因的新的突變導致的疾病。同時，還為馬其頓Skopje醫學中心的Zoran Gucev兒科教授提供了McCune-Albright綜合征的分子診斷，為土耳其的Inonu大學Turgut ?zal Medical Center兒科內分泌的Aysehan Akinci教授進行了3個17羥化酶缺陷的家系病人的分子診斷。通過對遺傳性疾病分子診斷方法的建立，培養了一支基因診斷的人才隊伍，使我們能過在1至2周內完成對特定病人的基因診斷，滿足臨床診斷的需求。

這一路走來，宋懷東在國內外發表論文100多篇，包括Science、Nature Genetics、PNAS、Hum Mol Genet等，被SCI引用2000多次。其中近5年發表論文49篇，以通訊作者發表論文23篇，包括以通訊作者發表在Nat Genet，Hum Mol Genet等國際著名的刊物。獲得了包括教育部提名國家自然科學獎一等獎、二等獎，國家自然科學獎二等獎，教育部自然科學獎一等獎、上海市自然科學獎一等獎在內的多項研究成果。承擔包括國家自然科學基金重點、“863項目”在內多項研究課題。入選人事部百千萬人才工程國家級人選，上海市領軍人才。被授予國務院津貼專家，中國青年科技獎，上海市教委“曙光學者”，上海市衛生系統“銀蛇”獎一等獎等榮譽。

榮譽的獲得是對宋懷東取得成績的肯定，而最讓他感到高興的，是科研成果應用于臨床實踐后的成功，是挽救更多生命、提高更多人的生命質量后的欣慰與喜悅。作為一個醫學領域的領軍人物，宋懷東以其專業的學科知識和嚴謹的求實態度書寫了一個又一個的醫學傳奇，成為醫學界一個里程碑式的人物。