讀博時(shí)盯上冷門方向，25年后他用這項(xiàng)研究顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知
中國(guó)科學(xué)報(bào) 2025-04-21 13:53:28
“膝蓋疼，補(bǔ)鈣或吃止痛藥就行?！边@個(gè)“常識(shí)”幾十年來(lái)一直被骨關(guān)節(jié)炎患者奉為經(jīng)典。 人老腿先老。骨關(guān)節(jié)炎被稱為“不致命的癌癥”，其危險(xiǎn)因素不清、發(fā)病機(jī)理不明，目前還沒(méi)有藥物可阻止病情進(jìn)展，更沒(méi)辦法根治，全球骨關(guān)節(jié)炎治療長(zhǎng)期停滯于“鎮(zhèn)痛治標(biāo)”狀態(tài)。 25年前，雷光華在中南大學(xué)湘雅醫(yī)院獲骨科學(xué)博士學(xué)位。彼時(shí)他就敏銳地意識(shí)到，隨著社會(huì)老齡化程度不斷加深，包括骨關(guān)節(jié)炎在內(nèi)的退行性疾病越來(lái)越普遍。當(dāng)時(shí)，脊柱內(nèi)固定機(jī)械、骨折微創(chuàng)復(fù)位固定、骨修復(fù)材料研發(fā)等是骨科的熱門領(lǐng)域，他卻選擇了一個(gè)前人不太關(guān)注的“冷門”方向——探尋骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)理與防治策略。 這是一場(chǎng)持續(xù)十多年的“醫(yī)學(xué)緝兇”。最終，雷光華團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所研究員謝岑科研團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎不僅僅是關(guān)節(jié)局部“用壞了”，還是腸道引發(fā)的一個(gè)“系統(tǒng)事件”——人體腸道菌群失調(diào)打響了“第一槍”，引發(fā)膽汁酸代謝紊 亂，最終導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎。
回顧此次成果，雷光華25年前的研究方向選擇尤為關(guān)鍵，他感嘆“押對(duì)了題”。2000年6月，在湘雅醫(yī)院碩博連讀的雷光華正式畢業(yè)。主攻骨科的他，開始思考未來(lái)的科研之路。 1999年，?我國(guó)正式進(jìn)入老齡化社會(huì)?。隨著人口老齡化程度不斷加深，骨關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松等衰老性疾病的發(fā)病率逐步上升，但彼時(shí)無(wú)論是學(xué)術(shù)界，還是廣大民眾，對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的重視程度和認(rèn)識(shí)深度都還非常不夠。 “此前骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制一直不清楚?！崩坠馊A介紹，骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制之所以難以研究清楚，在于其發(fā)病涉及年齡、遺傳、肥胖、關(guān)節(jié)損傷、代謝異常等多種因素。不同患者的發(fā)病原因可能差異顯著，且病程緩慢，多則數(shù)十年，早期病理變化可能無(wú)癥狀，導(dǎo)致研究難以捕捉到起始關(guān)鍵事件。 同時(shí)，其研究模型有一定局限性，小鼠、大鼠等動(dòng)物模型的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、力學(xué)負(fù)荷和代謝與人類存在差異，實(shí)驗(yàn)成果難以完全轉(zhuǎn)化到人體；分子機(jī)制可能涉及多種細(xì)胞因子、酶和信號(hào)通路，相互作用復(fù)雜；治療反應(yīng)差異也大。這些異質(zhì)性在一定程度上會(huì)影響研究結(jié)果。 重重困難導(dǎo)致既往探索鮮有突破性成果，也讓一大批科學(xué)家望而卻步。
雷光華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員開展相關(guān)實(shí)驗(yàn) 雷光華說(shuō)，某種疾病的治療方法和藥物越多，就越說(shuō)明學(xué)術(shù)界還沒(méi)搞清楚其發(fā)病機(jī)理，因?yàn)橹挥袡C(jī)理清楚了才能一招制“敵”。骨關(guān)節(jié)炎當(dāng)時(shí)就面臨這種情況。為此，他下定決心要揭示骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制：“找不到骨關(guān)節(jié)炎真正有效的干預(yù)靶點(diǎn)，研發(fā)多少新藥都會(huì)‘無(wú)功而返’，只有從根本上明確機(jī)理和靶點(diǎn)，才能真正讓患者受益?！?/section> 如何更有效開展研究？雷光華發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)骨關(guān)節(jié)炎的主要研究特點(diǎn)是“散”。 “有些團(tuán)隊(duì)只做細(xì)胞、基因等基礎(chǔ)研究，有些團(tuán)隊(duì)只做臨床研究，有些團(tuán)隊(duì)則專注研發(fā)藥物和器械，整體看各方面都有布局，但各自為政難成體系，這樣的研究范式就骨科領(lǐng)域而言往往事倍功半?！崩坠馊A說(shuō)。 基于此，雷光華團(tuán)隊(duì)確立了集“臨床研究-基礎(chǔ)研究-轉(zhuǎn)化研究”為一體、從大樣本人群研究出發(fā)的全新研究范式?！爸粚Ｗ⒁豁?xiàng)‘單點(diǎn)爆破’，科技攻關(guān)的質(zhì)量和效果會(huì)大打折扣，只有系統(tǒng)性全鏈條式研究，才能讓好成果更快落地?！?/section>
2、在數(shù)萬(wàn)份糞便等樣本數(shù)據(jù)中找答案 系統(tǒng)研究一種疾病的危險(xiǎn)因素、自然轉(zhuǎn)歸乃至發(fā)病機(jī)理，必須建立自然人群隊(duì)列。也就是說(shuō)，科學(xué)家們要持續(xù)多年“暗中觀察”一群普通人的日常生活細(xì)節(jié)和健康狀況，才能找出哪些習(xí)慣或因素更易致病，進(jìn)而破譯疾病密碼。 “大多醫(yī)學(xué)研究是研究已得病患者，但往往難弄清楚他們得病前經(jīng)歷了什么。”雷光華說(shuō)，只有長(zhǎng)期隨訪自然人群隊(duì)列，廣泛收集相關(guān)樣本和數(shù)據(jù)，才能通過(guò)科學(xué)分析發(fā)現(xiàn)更有意義的現(xiàn)象和結(jié)果。 在哪里建立自然人群隊(duì)列？這個(gè)地方要有代表性，當(dāng)?shù)鼐用裨敢鈪⑴c、能長(zhǎng)期堅(jiān)持并穩(wěn)定居住本地，這樣才能確保隨訪質(zhì)量。湖南省湘西土家族苗族自治州龍山縣曾是國(guó)家級(jí)貧困縣，地勢(shì)北高南低、東陡西緩，武陵山脈橫亙?nèi)h，最高海拔超1736米，也是整個(gè)湘西州的最高海拔。
雷光華團(tuán)隊(duì)在湘西開展隨訪和健康科普活動(dòng) 經(jīng)過(guò)大量調(diào)研，雷光華團(tuán)隊(duì)決定在龍山縣建立自然人群隊(duì)列。“這兼具科學(xué)性與公益性。建隊(duì)列之初當(dāng)?shù)亟煌ㄉ胁惶奖悖丝谶w移率較低，能更好地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間隨訪，且當(dāng)?shù)厣铰范?，民眾患骨關(guān)節(jié)炎的可能性更大。當(dāng)時(shí)的貧困地區(qū)亟須優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源提供健康服務(wù)。”雷光華說(shuō)。 2013年，該團(tuán)隊(duì)正式在龍山縣建立“湘雅骨關(guān)節(jié)炎研究（XO Study）”大樣本自然人群隊(duì)列。 論文共同通訊作者曾超介紹，XO Study隊(duì)列納入了在龍山縣隨機(jī)抽樣的25個(gè)自然村的50歲及以上社區(qū)居民共4080人，擬連續(xù)隨訪20年，現(xiàn)已隨訪超10年。隊(duì)列系統(tǒng)收集了問(wèn)卷、體格檢查、實(shí)驗(yàn)室檢查、多關(guān)節(jié)多種類影像學(xué)等數(shù)據(jù)以及多種類生物樣本，并開展了微生物組、代謝組、全基因組等多組學(xué)檢測(cè)。
“血液、尿液、唾液、糞便、牙菌斑等都要檢測(cè)，總共多達(dá)24個(gè)檢查項(xiàng)目，一般體檢項(xiàng)目都沒(méi)這么全，同時(shí)還給當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行健康科普。每次隨訪團(tuán)隊(duì)都超20人，兩輛體檢大巴車從長(zhǎng)沙開進(jìn)湘西山區(qū)，一待就是兩個(gè)多月?！崩坠馊A說(shuō)，這不僅需要大量人力、物力等，還要有堅(jiān)忍不拔的品質(zhì)才得以長(zhǎng)期堅(jiān)持。 雷光華回憶，為避開農(nóng)忙季，隨訪一般在冬季開展，天氣嚴(yán)寒、缺少取暖設(shè)備就燒炭取暖，房間不夠、缺少被子就幾個(gè)人一起擠大通鋪，交通不便、車馬難行就肩挑手提搬運(yùn)設(shè)備，語(yǔ)言不通、交流不暢就主動(dòng)學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)胤窖浴?/section> 令他印象最深刻的是，有位老人腿腳不便，且山路崎嶇沒(méi)法走下山做檢查，X光機(jī)、超聲機(jī)、骨密度測(cè)定儀等相關(guān)醫(yī)療設(shè)備也難搬上山，湘雅醫(yī)院博士后李嘉添醫(yī)生索性背著老人下山檢查?！坝刑噙@樣的感人瞬間，團(tuán)隊(duì)成員在這樣的研究實(shí)踐中得到充分鍛煉?！崩坠馊A說(shuō)。 通過(guò)長(zhǎng)期大量隨訪檢查，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了大樣本多組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)?！斑@是破譯骨關(guān)節(jié)炎的最關(guān)鍵密鑰?！崩坠馊A介紹，基于海量的人群數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)“揪出”骨關(guān)節(jié)炎的“真兇”，發(fā)現(xiàn)血液甘氨熊去氧膽酸（GUDCA）水平與骨關(guān)節(jié)炎及其嚴(yán)重程度呈顯著負(fù)相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)在該團(tuán)隊(duì)另一項(xiàng)自主建立的獨(dú)立人群隊(duì)列“湘雅步行研究”中得到驗(yàn)證。 GUDCA如何影響骨關(guān)節(jié)炎？ “我們逐步發(fā)現(xiàn)，在骨關(guān)節(jié)炎病程進(jìn)展快、病情嚴(yán)重的人群中，GUDCA水平要低一些。”雷光華說(shuō)，這讓團(tuán)隊(duì)非常振奮，“終于找到了突破口”。
雷光華和團(tuán)隊(duì)成員探討科學(xué)問(wèn)題 緊接著，團(tuán)隊(duì)通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示，動(dòng)物在攝入GUDCA后，其骨關(guān)節(jié)炎得到一定緩解，這進(jìn)一步說(shuō)明GUDCA對(duì)治骨關(guān)節(jié)炎有效。 深入研究后又獲“蛛絲馬跡”。原來(lái)，GUDCA和腸道有一定關(guān)聯(lián)，它可選擇性抑制腸道中的法尼醇X受體（FXR）。敲除這個(gè)受體后，腸道中的干細(xì)胞FXR會(huì)大量增殖，從而增加其分化成的L細(xì)胞數(shù)量，并促進(jìn)L細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），最終使血清GLP-1水平升高。 團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，骨關(guān)節(jié)炎患者血液GLP-1水平會(huì)降低，且血液與滑液GLP-1水平正相關(guān)。研究人員將GLP-1受體抑制劑注射到關(guān)節(jié)腔，發(fā)現(xiàn)它可阻斷GUDCA對(duì)骨關(guān)節(jié)炎小鼠的治療作用?！耙簿褪钦f(shuō)，GUDCA對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的治療作用依賴于GLP-1受體，GLP-1受體激動(dòng)劑可延緩骨關(guān)節(jié)炎小鼠病情進(jìn)展。這也通過(guò)臨床樣本數(shù)據(jù)獲得驗(yàn)證?！崩坠馊A說(shuō)。 為探索GUDCA發(fā)生變化的原因，團(tuán)隊(duì)通過(guò)宏基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，自然人群隊(duì)列中骨關(guān)節(jié)炎患者腸道鮑氏梭菌相對(duì)豐度降低，多組學(xué)研究顯示鮑氏梭菌相對(duì)豐度與血液GUDCA水平正相關(guān)；補(bǔ)充鮑氏梭菌后，可升高GUDCA前體-UDCA和GLP-1水平，并延緩骨關(guān)節(jié)炎小鼠病情進(jìn)展。 至此，團(tuán)隊(duì)終于系統(tǒng)揭示了“腸道菌群–膽汁酸–腸道FXR–GLP-1–關(guān)節(jié)軟骨軸”（即“腸-關(guān)節(jié)軸”）在骨關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮重要作用。 雷光華解釋說(shuō)，這個(gè)過(guò)程好比腸道“叛變”后“暗殺”了“腸道保安”鮑氏梭菌。該菌減少后，它們生產(chǎn)的“關(guān)節(jié)維護(hù)費(fèi)”（GUDCA）斷供，一系列的連鎖反應(yīng)使得關(guān)節(jié)里的“維修工”（GLP-1）集體下崗，關(guān)節(jié)軟骨就會(huì)像沒(méi)人保養(yǎng)的輪胎，加速磨損裂開。 “隨訪收集的血液和糞便扮演了關(guān)鍵角色，是研究寶庫(kù)。”雷光華不由得談起收集糞便的趣事，“有時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)采集樣本時(shí)居民沒(méi)有便意，只能讓他們?cè)诘诙炫疟愫髮⑵鋻煸诼愤叺臉渖希蓤F(tuán)隊(duì)成員次日天沒(méi)亮?xí)r上山取回。每次收取時(shí)，不明所以的田園犬還會(huì)爭(zhēng)搶掛在樹上的糞便樣本?！?/section>
4、40年前的膽石癥藥有望成“關(guān)節(jié)救星” 骨關(guān)節(jié)炎的全新發(fā)病機(jī)制明晰后，接下來(lái)該如何有效地治療骨關(guān)節(jié)炎？團(tuán)隊(duì)通過(guò)“順藤摸瓜”獲重要發(fā)現(xiàn)。 既然GUDCA作為一種膽汁酸，其水平與骨關(guān)節(jié)炎及其嚴(yán)重程度呈顯著負(fù)相關(guān)，那么膽汁酸類藥物是否會(huì)對(duì)骨關(guān)節(jié)炎有效？基于該設(shè)想，團(tuán)隊(duì)深入研究發(fā)現(xiàn)，安全性良好的已上市藥物UDCA可抑制腸道FXR活性、增加L細(xì)胞數(shù)量、促進(jìn)GLP-1分泌、延緩小鼠骨關(guān)節(jié)炎病情進(jìn)展。這些研究獲得了臨床驗(yàn)證。 而UDCA作為一種治療原發(fā)性膽汁性膽管炎的藥物，早在上世紀(jì)就分別在日本、歐美和中國(guó)獲批上市。 “我們通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人群研究初步驗(yàn)證了UDCA對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的治療作用?！崩坠馊A說(shuō)，這好比UDCA給骨關(guān)節(jié)炎失控的信號(hào)通路“踩剎車”，它能提供“關(guān)節(jié)維護(hù)費(fèi)”，“騙過(guò)”系統(tǒng)重啟關(guān)節(jié)維修保養(yǎng)。 然而，有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，并不意味著患者就可自行用這種藥治療骨關(guān)節(jié)炎了。 “老藥新用相對(duì)于全新藥物研發(fā)而言，成本更低、周期更短?！崩坠馊A表示，目前團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃開展臨床試驗(yàn)，在人群中進(jìn)一步驗(yàn)證UDCA對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的療效。如果進(jìn)一步明確其功效，則可以改寫UDCA的藥物適用證，讓它真正成為骨關(guān)節(jié)炎“治本”藥物。 雷光華表示，團(tuán)隊(duì)已建立了科學(xué)先進(jìn)的研究范式，擁有國(guó)內(nèi)骨關(guān)節(jié)炎領(lǐng)域唯一穩(wěn)定長(zhǎng)期隨訪、國(guó)際唯一擁有多種關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自然人群隊(duì)列。“希望未來(lái)在國(guó)家相關(guān)項(xiàng)目支持下，與國(guó)內(nèi)優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)合作，建立覆蓋全國(guó)多地區(qū)的超大型自然人群隊(duì)列，產(chǎn)出更多更有價(jià)值的研究成果，造福廣大骨關(guān)節(jié)炎患者?！?/section> https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw4656（文｜《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 王昊昊 通訊員 嚴(yán)麗 。本文圖片均由受訪者提供）責(zé)編：李傳新
一審：李傳新
二審：劉文韜
三審：楊又華
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