中大首創「微生物－腸道－軟骨軸晶片」 揭示益生菌護關節機制 為治療骨關節炎帶來新曙光

香港文匯報訊（記者 楊梓穎）香港中文大學（中大）生物醫學工程學系校長特聘助理教授李中領導的研究團隊，成功開發首個以人體細胞構建的「微生物－腸道－軟骨軸晶片」，為研究腸道菌群如何影響關節健康提供創新平台。團隊利用該平台發現，特定益生菌及其代謝物可促進軟骨發育、減輕關節炎症，為治療骨關節炎帶來新希望。研究成果已發表於國際學術期刊《Science Advances》。

骨關節炎是全球最常見的關節疾病之一，患者常飽受慢性疼痛、關節僵硬及活動能力下降之苦，嚴重影響生活質素。現時醫學界主要依賴緩解症狀的治療，一直缺乏能有效阻止病情惡化的方案。近年愈來愈多臨床證據顯示，腸道微生物不僅幫助消化，其產生的各種小分子更會影響人體的免疫反應與炎症水平，甚至可能引發或加劇骨關節炎。然而，傳統動物實驗難以完全反映人體生理的真實運作；而一般實驗室培養皿亦無法同時滿足益生菌、腸道細胞及軟骨細胞對生長環境的不同要求。因此，如何直接驗證腸道與關節之間的具體聯繫，一直是科學界的一大難題。

為解決上述難題，中大研究團隊開發出首個整合腸道微生物、腸上皮屏障及人源軟骨類器官的微流控晶片平台。這枚晶片相當於一個微縮版、可控制的人體模擬模型。

該平台經過精密設計，創造出一個適合益生菌生長的缺氧－有氧界面，同時提供接近人體的流體灌流環境。更重要的是，平台可讓腸道一側產生的有益益生菌代謝物傳遞至軟骨模塊，同時避免不同模塊之間發生污染，讓研究人員能實時觀察腸道菌群如何影響關節軟骨。

研究團隊利用該平台，將特定益生菌引入腸道模塊，觀察軟骨類器官的變化。結果顯示，益生菌衍生的代謝物信號不僅可促進軟骨組織發育，更增強多項與健康軟骨相關的分子表達，包括II型膠原蛋白和聚集蛋白聚糖，同時降低了與軟骨分解及退化相關的分子水平。

團隊亦進一步在模擬骨關節炎常見的炎症環境下測試該系統，發現即使在炎症刺激下，益生菌相關代謝物仍可減少炎症和軟骨分解反應，並較好地維持軟骨基質結構。

為深入了解這些保護作用背後的原因，研究團隊進行了多組學分析，成功鎖定數種在腸道與軟骨間傳遞訊號的關鍵代謝物及細胞通路。研究發現，益生菌及其代謝物的有益作用，或與PI3K/AKT及MAPK/ERK等負責調節細胞生長、組織發育及炎症反應的重要信號通路有關。

團隊其後利用骨關節炎患者來源的軟骨類器官進行驗證，證實部分益生菌衍生代謝物能減少與炎症及軟骨退化相關的標記物，顯示其極具潛在臨床應用價值。

李中表示，這項研究首度以體外模型重現人體的「微生物－腸道－軟骨軸」，為科學界提供在可控環境下直接探索腸道菌群與關節健康因果關係的新工具。該平台未來不僅有助深入拆解骨關節炎的病理機制，更能廣泛應用於篩選益生菌、功能代謝物，甚至開發其他針對腸道菌群的創新治療方案。研究團隊相信，此成果有望大力推動以腸道為切入點的骨關節炎研究，為飽受關節退化折磨的患者帶來全新的治療思路與希望。