宋怀东：科学战线的生命卫士

本刊记者　王海涛

宋怀东：科学战线的生命卫士

本刊记者王海涛

专家简介：

宋怀东，上海交通大学医学院附属第九人民医院临床医学研究中心、中心实验室主任，内分泌学科学术带头人。蚌埠医学院获学士毕业，上海交通大学医学院获临床医学硕士、博士学位。

百千万人才工程国家级人选、国务院特殊津贴专家、中国青年科技奖、教育部新世纪人才、上海市领军人才、上海市十大杰出青年、上海市曙光学者。2015美国内分泌年会壁报竞赛评审、中华医学科技奖第二节评审委员会委员、Journal of Diabetes 编委、《中华内分泌及代谢杂志》编委。

在国内外发表论文100余篇，被SCI引用2100多次，承担国家自然科学基金重点、国家高技术研究发展“863计划”，曾获得国家自然科学奖、教育部及上海市自然科学奖。

宋怀东现在是上海交通大学医学院附属第九人民医院临床医学研究中心、中心实验室主任，内分泌代谢病学科带头人。他是一位时刻关注人类生存状态与生命质量的医生，也是一位有着严谨治学精神的科学家，他用自己专业的学科知识，严谨求实的科研态度，带领自己的团队解开了一个又一个谜团，为人类的生存质量和生命保障做出了杰出的贡献。

解码GD发病分子机制

多基因病易感基因的识别和鉴定是科学界面临的共同挑战，最大的挑战是发现的易感基因在不同的人群中重复验证的不一致。宋怀东认为，出现这样的问题是因为同一种多基因病可能存在不同的亚型，不同亚型可能由不同的主效基因导致。基于上述的设想，宋怀东选择了自身免疫性甲状腺肿伴甲亢（Graves’病）这种常见但发病率又不是非常高的多基因遗传病作为研究对象进行深入研究。在研究中，宋怀东识别鉴定了8个新的甲亢（GD）易感基因，并验证了5个以前报道的GD易感基因。识别的新的GD易感基因，占目前认可的GD易感基因的40.9％，并拓展了人们对GD发病分子机制的理解。

在整个项目进行的过程中，宋怀东牵头成立了中国甲状腺疾病遗传协作组，收集了大量的自身免疫性甲状腺疾病的样本，建立了国际上最大的甲状腺疾病遗传资源样本库。利用这些资源，最终实现了识别鉴定8个新的GD易感基因，并验证了5个以前报道的GD易感基因。识别的新GD易感基因，占目前认可的GD易感基因的40.9％。其中5个新位点（5q31-33的SCGB3A2、4p14 的GDCG4p14、6q27的RNASET2和Xq21 的ITM2A）在至少两个以上独立人群中进行了研究，并被证实，拓展了人们对GD发病分子机制的理解。如第一次发现长链非编码RNA参与GD的发生，明确逃逸X染色体失活的X染色体的基因，在GD发生中发挥重要的作用（Nat Genet. 2011，Hum Mol Genet. 2013，2009）。值得注意的是，在全基因组关联分析技术（GWAS）问世以前，宋怀东和他的团队通过定位候选克隆策略，在5q31区段内识别一个新的GD易感基因SCGB3A2，发现该基因调控区上的rs1368408和-623到-622AG/T可能是甲亢的易感位点。该SNP位点影响SCGB3A2与转录因子的结合，并使该基因的转录水平下降。随后SCGB3A2与GD的相关性分别在英国和俄罗斯的甲亢人群中获得了验证，在多篇GD易感基因的综述中，均肯定SCB3A2是一个在不同人群中可以被广泛证实的GD新易感基因。值得注意的是，这个新的GD易感位点，是在全基因组关联分析技术问世以前，人们对多基因病易感基因识别鉴定的研究尚处于黑暗中艰难摸索过程中发现的，正如英国牛津Stephen Gough教授所说：“SCGB3A2是经过了近10年和无数次失败之后在5q31区段识别的唯一一个新的GD易感基因”。

在基因识别鉴定中提出科学假说

随着研究的深入，宋怀东提出，同一种多基因病可能有不同的亚型，不同的亚型可能由不同的主效基因，或者由同一易感基因不同的SNP位点变异引起的科学假说，并在甲亢这种多基因病的研究中获得了证实。

在进行甲亢易感基因识别鉴定的过程中，宋怀东及其团队遇到了一个令人困惑的现象。比如，多数的研究已明确PTPN22上的SNP位点rs2476601是欧洲人群GD的致病易感位点，但该SNP在日本和中国人群中不存在，那么PTPN22是否是中国人群甲亢发生的致病易感基因，是否中国人群中甲亢的发生是由于PTPN22基因上其它部位的SNP位点变异导致的？

于是，他们的团队选择了该基因所在区段内的tag SNP位点，在中国大样本甲亢人群中进行研究，发现不仅该基因上的rs2476601多态性位点在中国人群中不存在，而且该基因不是中国人群中GD的致病易感位点。这表明PTPN22是欧洲人群甲亢发生的致病易感基因，但与中国人群中甲亢的发生不相关。提示不同人群中甲亢的发生，可能是不同的易感基因导致的发病机制不同的分子亚型。

同时，宋怀东和他的团队还通过GWAS技术，对5500例甲亢病人和同地域5500例健康人进行了研究，发现虽然甲状腺素刺激激素受体（TSHR）是中国人群GD的易感基因，但TSHR只与药物治疗后TSHR抗体持续阳性（TRAb+）的甲亢病人的发生密切相关，而不是治疗后TRAb阴性的甲亢病人的易感基因。而且，MHC位点和TRAb抗体持续阳性的GD病人的相关性明显强于TRAb阴性的病人。

已经明确，治疗TRAb持续阳性的病人，停抗甲状腺药物后，容易复发；而治疗后TRAb转阴性的甲亢病人，停用抗甲状腺药物治疗后，病人不易复发，这两种类型的病人有不同的预后和对药物的反应。这项研究第一次明确了这两种情况的甲亢患者，有不同的致病易感基因，其发病的机制不同（Nat Genet. 2011）。这些结果不仅为提出的多基因病存在不同的亚型，不同的亚型可能由不同的致病易感基因引起的科学假说，提供了强有力的证据，而且将有可能对GD临床治疗方案的选择和预后的评估产生深远的影响。

成功解析SARS爆发流行的分子规律

SARS肆虐，波及全球。各国实验室集中力量寻找病原体，通过10个国家13个实验室的密切合作，发现SARS的致病原因是一个在人类中从未见过的新型RNA冠状病毒。但是，SARS冠状病毒从何而来？SARS冠状病毒在人体内的变异规律？它在人群中引起爆发流行的原因？我们能否阻断SARS的爆发流行？今后SARS是否再来？我们是否能预防SARS的再次爆发流行？要解答以上种种问题，有必要将SARS-CoV基因组的变异与其流行病学的信息结合起来进行分子进化的研究，寻找SARS爆发流行的分子机制。

在科技部、广东省和上海市科委的支持下，在赵国屏院士的协调领导下，包括宋怀东在内的我国多位科学家通力合作，经过3年多的努力，成功地解析了SARS分子流行病学及SARS冠状病毒分子进化的规律。首先，他们通过对广东早期SARS病人的分子流行病学研究，阐明了SARS病毒的来源。通过对广东早期病人体内的SARS病毒进行基因组测序，发现SARS病毒可能是从野生动物进入人体，导致人群中流行。

其次，通过研究发现了SARS病毒在人体内的变异规律，明确了SARS爆发流行的分子机理，为SARS防治提供了科学的依据。团队应用建立的一套敏感而针对微量样本全基因组测序的技术体系，对这些样本进行SARS病毒的全基因组测序，共完成24例病人29 条SARS全基因组的测序，并结合32条早、中、晚各期的SARS冠状病毒序列和2条深圳果子狸体内的SARS样冠状病毒序列，进行SARS病毒在人体内分子进化规律的研究。他们发现，在早期病人体内，SARS病毒刚进入人体，病毒的致病能力和传播力较弱，但由于不适应新的宿主的生存环境，受到强大的正选择压力，因此氨基酸变异的速率高，此时疾病易于控制和治疗；经过一段时间在人体上的适应，病毒的致病与传播能力均有明显的提高，氨基酸变异趋缓，病情较为严重。到了流行的晚期，病毒发生了某些关键位点的变化，使其适应人体内的生存环境。

第三，关于SARS冠状病毒基因型与致病性和传染性的关系的研究。通过对2003-04阶段的早期病毒序列的比较以及传染病学和病人临床表型的研究说明，此阶段的病毒比2002-03早期阶段的病毒更接近动物病毒，其对人的致病能力弱，病人症状轻，不需要ICU处理，不造成人对人的传染。对2002-03阶段病毒序列的比较以及传染病学和病人临床表型的研究，发现当时已经出现人传人的现象，病人中也出现了死亡的病例。但是，早期病人的传染能力似乎较弱，自中期起，传播能力明显增强。

第四，通过研究发现了SARS大爆发时早、中、晚期SARS病毒的基因组特征性分子标志，为检测SARS病毒危害提供了科学依据。通过对于来自于SARS疫病过程中63株SARS冠状病毒序列的数据进行分析，印证流行病学调查认识到的早期、中期和晚期流行病学各阶段及其特征，发现了疾病每一阶段的特征性基因型。

第五，通过对果子狸体内SARS病毒分子进化规律的研究，提出了果子狸是SARS病毒中间宿主而非天然宿主的科学论断。通过计算生物学分析发现，在一年间、在不同地域中发现的果子狸携带的病毒的序列出现了明显的变异。说明病毒在果子狸体内也发生着与在人体内类似的快速进化适应的过程，而且，也正是S基因受到的正选择压力，最为显著。

最后，根据研究结果，提出了完整的假说，即天然宿主体内的SARS病毒，进入果子狸体内，在正选择压力下，基因组发生某些改变，尤其是S蛋白上两个氨基酸N479K/T487S，突变为和人类SARS病毒S蛋白上的氨基酸相同时；人们接触带有SARS病毒的动物如果子狸，使SARS病毒进入人体，SARS病毒刚进入人体时，毒力小，传染力弱，不适应在人体内生存；此时若能及时发现病人，给予严格隔离，将不会引起SARS的大规模爆发流行；但由于受到人体免疫的正选择压力，病毒的基因组发生快速的变异，一旦某些关键位点发生突变，使病毒更适应在人体内生存且传染性增强，将会引起爆发流行。而2004年在我国发生的两起SARS事件，验证了我们假设的科学性。（Science, 2004; PNAS 2005）

因此，如果今后注意对可能来自动物的新发SARS冠状病毒感染的监测，及时加以隔离、控制，当不至于产生类似于2003年的爆发流行；但是如果我们哪一天忽视了对果子狸体内SARS病毒及早期SARS病人的监测、识别鉴定的话，将可能再次重蹈2003年大爆发的覆辙。

建立测序技术体系

宋怀东是一位经历过严格科研培训又有丰富临床经验的中青年专家。由于他特殊的工作和学习背景，长期坚持科研和临床的紧密结合，倡导用科研的思路看待病人，给每一个病人最适合的、精准的治疗方案；同时坚持从临床的角度从事科研，使科研能够尽快为临床的发展服务。他心目中一个优秀的临床科研工作者应该在一生中，有自己发现的前人尚不认识的新的病种，并为患者寻找新的治疗的手段，解除患者的疾苦。

宋怀东及其团队第一次用人类基因组计划发展起来的cDNA微阵列技术对正常人内脏脂肪组织的分泌功能进行详细的研究，发现脂肪组织有大量的分泌蛋白或受体表达，其中60种分泌蛋白，88种受体是首次发现在内脏脂肪组织中表达。首次鉴定出脂肪组织内的8个自分泌或旁分泌系统。从基因表达谱的角度，为人脂肪组织是体内重要的内分泌器官提供了证据。最近，宋怀东及其团队从脂肪组织中识别了一种可以分泌入血，抑制食欲的新的激素：mimecan。而mimecan的作用机制和脂肪组织分泌的另一个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协同作用，将为肥胖的治疗提供新的前景。

此外，宋怀东在医学基因组学国家重点实验室工作期间，引进和建立了一代测序和二代测序技术平台体系，并将这些技术应用于科学研究和临床疾病的诊断之中。应用一代测序技术，建立了完整的单基因病基因诊断技术平台，并应用于36种单基因遗传病的基因诊断中。发现了一些致病基因的新的突变导致的疾病。同时，还为马其顿Skopje医学中心的Zoran Gucev儿科教授提供了McCune-Albright综合征的分子诊断，为土耳其的Inonu大学Turgut Özal Medical Center儿科内分泌的Aysehan Akinci教授进行了3个17羟化酶缺陷的家系病人的分子诊断。通过对遗传性疾病分子诊断方法的建立，培养了一支基因诊断的人才队伍，使我们能过在1至2周内完成对特定病人的基因诊断，满足临床诊断的需求。

这一路走来，宋怀东在国内外发表论文100多篇，包括Science、Nature Genetics、PNAS、Hum Mol Genet等，被SCI引用2000多次。其中近5年发表论文49篇，以通讯作者发表论文23篇，包括以通讯作者发表在Nat Genet，Hum Mol Genet等国际著名的刊物。获得了包括教育部提名国家自然科学奖一等奖、二等奖，国家自然科学奖二等奖，教育部自然科学奖一等奖、上海市自然科学奖一等奖在内的多项研究成果。承担包括国家自然科学基金重点、“863项目”在内多项研究课题。入选人事部百千万人才工程国家级人选，上海市领军人才。被授予国务院津贴专家，中国青年科技奖，上海市教委“曙光学者”，上海市卫生系统“银蛇”奖一等奖等荣誉。

荣誉的获得是对宋怀东取得成绩的肯定，而最让他感到高兴的，是科研成果应用于临床实践后的成功，是挽救更多生命、提高更多人的生命质量后的欣慰与喜悦。作为一个医学领域的领军人物，宋怀东以其专业的学科知识和严谨的求实态度书写了一个又一个的医学传奇，成为医学界一个里程碑式的人物。