中大首创“微生物－肠道－软骨轴晶片” 揭示益生菌护关节机制 为治疗骨关节炎带来新曙光

微生物－肠道－软骨轴晶片（MGCAoC）示意图，这是一个以人体细胞构建的平台，旨在研究肠道益生菌如何影响关节软骨。中大供图

香港文汇报讯（记者 杨梓颖）香港中文大学（中大）生物医学工程学系校长特聘助理教授李中领导的研究团队，成功开发首个以人体细胞构建的“微生物－肠道－软骨轴晶片”，为研究肠道菌群如何影响关节健康提供创新平台。团队利用该平台发现，特定益生菌及其代谢物可促进软骨发育、减轻关节炎症，为治疗骨关节炎带来新希望。研究成果已发表于国际学术期刊《Science Advances》。

骨关节炎是全球最常见的关节疾病之一，患者常饱受慢性疼痛、关节僵硬及活动能力下降之苦，严重影响生活质素。现时医学界主要依赖缓解症状的治疗，一直缺乏能有效阻止病情恶化的方案。近年愈来愈多临床证据显示，肠道微生物不仅帮助消化，其产生的各种小分子更会影响人体的免疫反应与炎症水平，甚至可能引发或加剧骨关节炎。然而，传统动物实验难以完全反映人体生理的真实运作；而一般实验室培养皿亦无法同时满足益生菌、肠道细胞及软骨细胞对生长环境的不同要求。因此，如何直接验证肠道与关节之间的具体联系，一直是科学界的一大难题。

为解决上述难题，中大研究团队开发出首个整合肠道微生物、肠上皮屏障及人源软骨类器官的微流控晶片平台。这枚晶片相当于一个微缩版、可控制的人体模拟模型。

该平台经过精密设计，创造出一个适合益生菌生长的缺氧－有氧界面，同时提供接近人体的流体灌流环境。更重要的是，平台可让肠道一侧产生的有益益生菌代谢物传递至软骨模块，同时避免不同模块之间发生污染，让研究人员能实时观察肠道菌群如何影响关节软骨。

研究团队利用该平台，将特定益生菌引入肠道模块，观察软骨类器官的变化。结果显示，益生菌衍生的代谢物信号不仅可促进软骨组织发育，更增强多项与健康软骨相关的分子表达，包括II型胶原蛋白和聚集蛋白聚糖，同时降低了与软骨分解及退化相关的分子水平。

团队亦进一步在模拟骨关节炎常见的炎症环境下测试该系统，发现即使在炎症刺激下，益生菌相关代谢物仍可减少炎症和软骨分解反应，并较好地维持软骨基质结构。

为深入了解这些保护作用背后的原因，研究团队进行了多组学分析，成功锁定数种在肠道与软骨间传递讯号的关键代谢物及细胞通路。研究发现，益生菌及其代谢物的有益作用，或与PI3K／AKT及MAPK／ERK等负责调节细胞生长、组织发育及炎症反应的重要信号通路有关。

团队其后利用骨关节炎患者来源的软骨类器官进行验证，证实部分益生菌衍生代谢物能减少与炎症及软骨退化相关的标记物，显示其极具潜在临床应用价值。

中大生物医学工程学系校长特聘助理教授李中（右）以及研究论文第一作者刘鋆手持其团队开发的人体器官晶片，包括由李教授手持的“微生物－肠道－软骨轴晶片”（MGCAoC）。中大供图

李中表示，这项研究首度以体外模型重现人体的“微生物－肠道－软骨轴”，为科学界提供在可控环境下直接探索肠道菌群与关节健康因果关系的新工具。该平台未来不仅有助深入拆解骨关节炎的病理机制，更能广泛应用于筛选益生菌、功能代谢物，甚至开发其他针对肠道菌群的创新治疗方案。研究团队相信，此成果有望大力推动以肠道为切入点的骨关节炎研究，为饱受关节退化折磨的患者带来全新的治疗思路与希望。