宋懷東：科學(xué)戰(zhàn)線的生命衛(wèi)士

本刊記者　王海濤

宋懷東：科學(xué)戰(zhàn)線的生命衛(wèi)士

本刊記者王海濤

專家簡介：

宋懷東，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心、中心實(shí)驗(yàn)室主任，內(nèi)分泌學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人。蚌埠醫(yī)學(xué)院獲學(xué)士畢業(yè)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲臨床醫(yī)學(xué)碩士、博士學(xué)位。

百千萬人才工程國家級(jí)人選、國務(wù)院特殊津貼專家、中國青年科技獎(jiǎng)、教育部新世紀(jì)人才、上海市領(lǐng)軍人才、上海市十大杰出青年、上海市曙光學(xué)者。2015美國內(nèi)分泌年會(huì)壁報(bào)競賽評(píng)審、中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)第二節(jié)評(píng)審委員會(huì)委員、Journal of Diabetes 編委、《中華內(nèi)分泌及代謝雜志》編委。

在國內(nèi)外發(fā)表論文100余篇，被SCI引用2100多次，承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、國家高技術(shù)研究發(fā)展“863計(jì)劃”，曾獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)、教育部及上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)。

宋懷東現(xiàn)在是上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心、中心實(shí)驗(yàn)室主任，內(nèi)分泌代謝病學(xué)科帶頭人。他是一位時(shí)刻關(guān)注人類生存狀態(tài)與生命質(zhì)量的醫(yī)生，也是一位有著嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)精神的科學(xué)家，他用自己專業(yè)的學(xué)科知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研態(tài)度，帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)解開了一個(gè)又一個(gè)謎團(tuán)，為人類的生存質(zhì)量和生命保障做出了杰出的貢獻(xiàn)。

解碼GD發(fā)病分子機(jī)制

多基因病易感基因的識(shí)別和鑒定是科學(xué)界面臨的共同挑戰(zhàn)，最大的挑戰(zhàn)是發(fā)現(xiàn)的易感基因在不同的人群中重復(fù)驗(yàn)證的不一致。宋懷東認(rèn)為，出現(xiàn)這樣的問題是因?yàn)橥环N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?qū)е??；谏鲜龅脑O(shè)想，宋懷東選擇了自身免疫性甲狀腺腫伴甲亢（Graves’?。┻@種常見但發(fā)病率又不是非常高的多基因遺傳病作為研究對(duì)象進(jìn)行深入研究。在研究中，宋懷東識(shí)別鑒定了8個(gè)新的甲亢（GD）易感基因，并驗(yàn)證了5個(gè)以前報(bào)道的GD易感基因。識(shí)別的新的GD易感基因，占目前認(rèn)可的GD易感基因的40.9％，并拓展了人們對(duì)GD發(fā)病分子機(jī)制的理解。

在整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行的過程中，宋懷東牽頭成立了中國甲狀腺疾病遺傳協(xié)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(shí)現(xiàn)了識(shí)別鑒定8個(gè)新的GD易感基因，并驗(yàn)證了5個(gè)以前報(bào)道的GD易感基因。識(shí)別的新GD易感基因，占目前認(rèn)可的GD易感基因的40.9％。其中5個(gè)新位點(diǎn)（5q31-33的SCGB3A2、4p14 的GDCG4p14、6q27的RNASET2和Xq21 的ITM2A）在至少兩個(gè)以上獨(dú)立人群中進(jìn)行了研究，并被證實(shí)，拓展了人們對(duì)GD發(fā)病分子機(jī)制的理解。如第一次發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA參與GD的發(fā)生，明確逃逸X染色體失活的X染色體的基因，在GD發(fā)生中發(fā)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(guān)聯(lián)分析技術(shù)（GWAS）問世以前，宋懷東和他的團(tuán)隊(duì)通過定位候選克隆策略，在5q31區(qū)段內(nèi)識(shí)別一個(gè)新的GD易感基因SCGB3A2，發(fā)現(xiàn)該基因調(diào)控區(qū)上的rs1368408和-623到-622AG/T可能是甲亢的易感位點(diǎn)。該SNP位點(diǎn)影響SCGB3A2與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，并使該基因的轉(zhuǎn)錄水平下降。隨后SCGB3A2與GD的相關(guān)性分別在英國和俄羅斯的甲亢人群中獲得了驗(yàn)證，在多篇GD易感基因的綜述中，均肯定SCB3A2是一個(gè)在不同人群中可以被廣泛證實(shí)的GD新易感基因。值得注意的是，這個(gè)新的GD易感位點(diǎn)，是在全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)問世以前，人們對(duì)多基因病易感基因識(shí)別鑒定的研究尚處于黑暗中艱難摸索過程中發(fā)現(xiàn)的，正如英國牛津Stephen Gough教授所說：“SCGB3A2是經(jīng)過了近10年和無數(shù)次失敗之后在5q31區(qū)段識(shí)別的唯一一個(gè)新的GD易感基因”。

在基因識(shí)別鑒定中提出科學(xué)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(diǎn)變異引起的科學(xué)假說，并在甲亢這種多基因病的研究中獲得了證實(shí)。

在進(jìn)行甲亢易感基因識(shí)別鑒定的過程中，宋懷東及其團(tuán)隊(duì)遇到了一個(gè)令人困惑的現(xiàn)象。比如，多數(shù)的研究已明確PTPN22上的SNP位點(diǎn)rs2476601是歐洲人群GD的致病易感位點(diǎn)，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(fā)生的致病易感基因，是否中國人群中甲亢的發(fā)生是由于PTPN22基因上其它部位的SNP位點(diǎn)變異導(dǎo)致的？

于是，他們的團(tuán)隊(duì)選擇了該基因所在區(qū)段內(nèi)的tag SNP位點(diǎn)，在中國大樣本甲亢人群中進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不僅該基因上的rs2476601多態(tài)性位點(diǎn)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(diǎn)。這表明PTPN22是歐洲人群甲亢發(fā)生的致病易感基因，但與中國人群中甲亢的發(fā)生不相關(guān)。提示不同人群中甲亢的發(fā)生，可能是不同的易感基因?qū)е碌陌l(fā)病機(jī)制不同的分子亞型。

同時(shí)，宋懷東和他的團(tuán)隊(duì)還通過GWAS技術(shù)，對(duì)5500例甲亢病人和同地域5500例健康人進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)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(xù)陽性（TRAb+）的甲亢病人的發(fā)生密切相關(guān)，而不是治療后TRAb陰性的甲亢病人的易感基因。而且，MHC位點(diǎn)和TRAb抗體持續(xù)陽性的GD病人的相關(guān)性明顯強(qiáng)于TRAb陰性的病人。

已經(jīng)明確，治療TRAb持續(xù)陽性的病人，?？辜谞钕偎幬锖?，容易復(fù)發(fā)；而治療后TRAb轉(zhuǎn)陰性的甲亢病人，停用抗甲狀腺藥物治療后，病人不易復(fù)發(fā)，這兩種類型的病人有不同的預(yù)后和對(duì)藥物的反應(yīng)。這項(xiàng)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(fā)病的機(jī)制不同（Nat Genet. 2011）。這些結(jié)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(xué)假說，提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，而且將有可能對(duì)GD臨床治療方案的選擇和預(yù)后的評(píng)估產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

成功解析SARS爆發(fā)流行的分子規(guī)律

SARS肆虐，波及全球。各國實(shí)驗(yàn)室集中力量尋找病原體，通過10個(gè)國家13個(gè)實(shí)驗(yàn)室的密切合作，發(fā)現(xiàn)SARS的致病原因是一個(gè)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(nèi)的變異規(guī)律？它在人群中引起爆發(fā)流行的原因？我們能否阻斷SARS的爆發(fā)流行？今后SARS是否再來？我們是否能預(yù)防SARS的再次爆發(fā)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(xué)的信息結(jié)合起來進(jìn)行分子進(jìn)化的研究，尋找SARS爆發(fā)流行的分子機(jī)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(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)下，包括宋懷東在內(nèi)的我國多位科學(xué)家通力合作，經(jīng)過3年多的努力，成功地解析了SARS分子流行病學(xué)及SARS冠狀病毒分子進(jìn)化的規(guī)律。首先，他們通過對(duì)廣東早期SARS病人的分子流行病學(xué)研究，闡明了SARS病毒的來源。通過對(duì)廣東早期病人體內(nèi)的SARS病毒進(jìn)行基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)SARS病毒可能是從野生動(dòng)物進(jìn)入人體，導(dǎo)致人群中流行。

其次，通過研究發(fā)現(xiàn)了SARS病毒在人體內(nèi)的變異規(guī)律，明確了SARS爆發(fā)流行的分子機(jī)理，為SARS防治提供了科學(xué)的依據(jù)。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用建立的一套敏感而針對(duì)微量樣本全基因組測(cè)序的技術(shù)體系，對(duì)這些樣本進(jìn)行SARS病毒的全基因組測(cè)序，共完成24例病人29 條SARS全基因組的測(cè)序，并結(jié)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(nèi)的SARS樣冠狀病毒序列，進(jìn)行SARS病毒在人體內(nèi)分子進(jìn)化規(guī)律的研究。他們發(fā)現(xiàn)，在早期病人體內(nèi)，SARS病毒剛進(jìn)入人體，病毒的致病能力和傳播力較弱，但由于不適應(yīng)新的宿主的生存環(huán)境，受到強(qiáng)大的正選擇壓力，因此氨基酸變異的速率高，此時(shí)疾病易于控制和治療；經(jīng)過一段時(shí)間在人體上的適應(yīng)，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(yán)重。到了流行的晚期，病毒發(fā)生了某些關(guān)鍵位點(diǎn)的變化，使其適應(yīng)人體內(nèi)的生存環(huán)境。

第三，關(guān)于SARS冠狀病毒基因型與致病性和傳染性的關(guān)系的研究。通過對(duì)2003-04階段的早期病毒序列的比較以及傳染病學(xué)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(dòng)物病毒，其對(duì)人的致病能力弱，病人癥狀輕，不需要ICU處理，不造成人對(duì)人的傳染。對(duì)2002-03階段病毒序列的比較以及傳染病學(xué)和病人臨床表型的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)人傳人的現(xiàn)象，病人中也出現(xiàn)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(qiáng)。

第四，通過研究發(fā)現(xiàn)了SARS大爆發(fā)時(shí)早、中、晚期SARS病毒的基因組特征性分子標(biāo)志，為檢測(cè)SARS病毒危害提供了科學(xué)依據(jù)。通過對(duì)于來自于SARS疫病過程中63株SARS冠狀病毒序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，印證流行病學(xué)調(diào)查認(rèn)識(shí)到的早期、中期和晚期流行病學(xué)各階段及其特征，發(fā)現(xiàn)了疾病每一階段的特征性基因型。

第五，通過對(duì)果子貍體內(nèi)SARS病毒分子進(jìn)化規(guī)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(xué)論斷。通過計(jì)算生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在一年間、在不同地域中發(fā)現(xiàn)的果子貍攜帶的病毒的序列出現(xiàn)了明顯的變異。說明病毒在果子貍體內(nèi)也發(fā)生著與在人體內(nèi)類似的快速進(jìn)化適應(yīng)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(jù)研究結(jié)果，提出了完整的假說，即天然宿主體內(nèi)的SARS病毒，進(jìn)入果子貍體內(nèi)，在正選擇壓力下，基因組發(fā)生某些改變，尤其是S蛋白上兩個(gè)氨基酸N479K/T487S，突變?yōu)楹腿祟怱ARS病毒S蛋白上的氨基酸相同時(shí)；人們接觸帶有SARS病毒的動(dòng)物如果子貍，使SARS病毒進(jìn)入人體，SARS病毒剛進(jìn)入人體時(shí)，毒力小，傳染力弱，不適應(yīng)在人體內(nèi)生存；此時(shí)若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病人，給予嚴(yán)格隔離，將不會(huì)引起SARS的大規(guī)模爆發(fā)流行；但由于受到人體免疫的正選擇壓力，病毒的基因組發(fā)生快速的變異，一旦某些關(guān)鍵位點(diǎn)發(fā)生突變，使病毒更適應(yīng)在人體內(nèi)生存且傳染性增強(qiáng)，將會(huì)引起爆發(fā)流行。而2004年在我國發(fā)生的兩起SARS事件，驗(yàn)證了我們假設(shè)的科學(xué)性。（Science, 2004; PNAS 2005）

因此，如果今后注意對(duì)可能來自動(dòng)物的新發(fā)SARS冠狀病毒感染的監(jiān)測(cè)，及時(shí)加以隔離、控制，當(dāng)不至于產(chǎn)生類似于2003年的爆發(fā)流行；但是如果我們哪一天忽視了對(duì)果子貍體內(nèi)SARS病毒及早期SARS病人的監(jiān)測(cè)、識(shí)別鑒定的話，將可能再次重蹈2003年大爆發(fā)的覆轍。

建立測(cè)序技術(shù)體系

宋懷東是一位經(jīng)歷過嚴(yán)格科研培訓(xùn)又有豐富臨床經(jīng)驗(yàn)的中青年專家。由于他特殊的工作和學(xué)習(xí)背景，長期堅(jiān)持科研和臨床的緊密結(jié)合，倡導(dǎo)用科研的思路看待病人，給每一個(gè)病人最適合的、精準(zhǔn)的治療方案；同時(shí)堅(jiān)持從臨床的角度從事科研，使科研能夠盡快為臨床的發(fā)展服務(wù)。他心目中一個(gè)優(yōu)秀的臨床科研工作者應(yīng)該在一生中，有自己發(fā)現(xiàn)的前人尚不認(rèn)識(shí)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(tuán)隊(duì)第一次用人類基因組計(jì)劃發(fā)展起來的cDNA微陣列技術(shù)對(duì)正常人內(nèi)臟脂肪組織的分泌功能進(jìn)行詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)脂肪組織有大量的分泌蛋白或受體表達(dá)，其中60種分泌蛋白，88種受體是首次發(fā)現(xiàn)在內(nèi)臟脂肪組織中表達(dá)。首次鑒定出脂肪組織內(nèi)的8個(gè)自分泌或旁分泌系統(tǒng)。從基因表達(dá)譜的角度，為人脂肪組織是體內(nèi)重要的內(nèi)分泌器官提供了證據(jù)。最近，宋懷東及其團(tuán)隊(duì)從脂肪組織中識(shí)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(jī)制和脂肪組織分泌的另一個(gè)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(xié)同作用，將為肥胖的治療提供新的前景。

此外，宋懷東在醫(yī)學(xué)基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作期間，引進(jìn)和建立了一代測(cè)序和二代測(cè)序技術(shù)平臺(tái)體系，并將這些技術(shù)應(yīng)用于科學(xué)研究和臨床疾病的診斷之中。應(yīng)用一代測(cè)序技術(shù)，建立了完整的單基因病基因診斷技術(shù)平臺(tái)，并應(yīng)用于36種單基因遺傳病的基因診斷中。發(fā)現(xiàn)了一些致病基因的新的突變導(dǎo)致的疾病。同時(shí)，還為馬其頓Skopje醫(yī)學(xué)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(xué)Turgut ?zal Medical Center兒科內(nèi)分泌的Aysehan Akinci教授進(jìn)行了3個(gè)17羥化酶缺陷的家系病人的分子診斷。通過對(duì)遺傳性疾病分子診斷方法的建立，培養(yǎng)了一支基因診斷的人才隊(duì)伍，使我們能過在1至2周內(nèi)完成對(duì)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(nèi)外發(fā)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(fā)表論文49篇，以通訊作者發(fā)表論文23篇，包括以通訊作者發(fā)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(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)研究成果。承擔(dān)包括國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、“863項(xiàng)目”在內(nèi)多項(xiàng)研究課題。入選人事部百千萬人才工程國家級(jí)人選，上海市領(lǐng)軍人才。被授予國務(wù)院津貼專家，中國青年科技獎(jiǎng)，上海市教委“曙光學(xué)者”，上海市衛(wèi)生系統(tǒng)“銀蛇”獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。

榮譽(yù)的獲得是對(duì)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(yīng)用于臨床實(shí)踐后的成功，是挽救更多生命、提高更多人的生命質(zhì)量后的欣慰與喜悅。作為一個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，宋懷東以其專業(yè)的學(xué)科知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮?shí)態(tài)度書寫了一個(gè)又一個(gè)的醫(yī)學(xué)傳奇，成為醫(yī)學(xué)界一個(gè)里程碑式的人物。