中科院海洋所王凡团队：追踪“暖池”摸清厄尔尼诺“脾气”

山东省自然科学一等奖得主、中科院海洋所王凡团队：

追踪“暖池”摸清厄尔尼诺“脾气”

□青岛日报／青岛观／青报网记者 李勋祥

西太平洋暖池，是全球最热的海域，平均海温高于28摄氏度，也由此成为东亚季风和厄尔尼诺现象的策源地。深入了解暖池温度和盐度结构（简称“热盐结构”）、变异机理，对于气候变化的研究、科学认识和预测极其重要。

▲王凡团队成员、中国科学院海洋研究所研究员李元龙介绍相关情况。韩星 摄

经10年研究攻关，中科院海洋研究所王凡团队完成“热带西太平洋暖池热盐结构与变异的关键过程和气候效应”项目，不仅在世界范围内提高了对西太平洋暖池的认识，而且阐明了暖池温盐变异引起的气候效应，据此发展出的新型气候变化预报系统，显著提高了对近年来厄尔尼诺事件的预报能力。这些成果，把西太平洋暖池的研究从二维阶段推进到了三维阶段，并初步奠定了我国在该领域的国际领跑地位。在刚刚召开的山东省科技创新大会上，该项目斩获省自然科学一等奖。

深海潜标观测，首次揭开西太平洋暖池完整面纱

自上世纪80年代以来，热带西太平洋海洋环流调查研究就成为国际海洋与气候研究热点区域，多个国家组织实施过规模不一的海上调查。王凡团队在西太平洋暖池研究中最主要的科学突破，是在国际上首次把西太平洋暖池的三维热盐结构刻画出来。

“以前的认识主要集中在表层海温上，但深层的温度、盐度和海流结构都不清楚。这主要是由于对暖池的直接测量资料极为匮乏，因此对暖池特征和变化机理都缺乏深入认知。”王凡团队成员、中国科学院海洋研究所研究员李元龙说，“我们先后组织了3次大规模调查，在西太平洋暖池投放两套深海测流潜标，实现对暖池核心的全深度观测，获取了温度、盐度和海流的同步连续资料。”在西太平洋暖池投放的两套深海潜标，后来发展成为由20多套潜标组成的中科院潜标观测网，并实现了数据资料的实时化传输。这个观测网的规模在国际上也属罕见，被权威学术期刊《自然》赞誉为“郑和下西洋600年后又一壮举”。

通过投放潜标，分析相应数据，王凡团队在暖池内部发现了新的水团并命名为“北太平洋热带次表层水”。与此同时，他们还发现了丰富的中小尺度热盐结构。根据这些研究，最终清晰刻画出了西太平洋暖池完整的三维热盐结构，从而把对西太平洋暖池的科学研究从二维阶段推进到了三维阶段，在世界范围内提高了对西太平洋暖池和气候变化的认识。

搞清我国华南秋季严重干旱原因，弥补经典理论不足

一般来说，当厄尔尼诺事件发生时，我国降水总体上会呈现“南北多、中间少”的空间分布，涝重于旱。然而，在2009年发生的中部型厄尔尼诺事件中，我国南方却出现了严重秋季干旱和粮食减产现象。对此，经典厄尔尼诺理论无法解释。

“在理解和认识西太平洋暖池结构的基础上，我们集中研究了这次干旱的原因。”李元龙介绍，通过资料分析，发现中部型厄尔尼诺事件对太平洋增暖位置极为敏感，增暖位置越靠西越容易造成干旱。他们利用大气环流模式实验，最终阐释了暖池海温异常增暖造成我国华南秋季严重干旱的机理。“结果表明，暖池海温的增暖才是我国南方秋季干旱的主要原因。”

这项重要的科学发现，揭示了暖池温盐变异对厄尔尼诺现象和我国华南降水变化的重要影响。由暖池温盐变异引起的气候效应调查研究表明：西太平洋暖池盐度变化能够影响厄尔尼诺事件的发展，而海温变化则影响我国华南降水。

这个发现不仅弥补经典厄尔尼诺理论的不足，而且为东亚气候变化的研究和改善我国降水预报提供了新思路，对于华南西部夏秋季水库库容管理也有重要指导意义——

正常年份和东部型厄尔尼诺事件发生时，西南地区夏季和秋季降水均较多，夏季水库就不应储水较多；而当中部型厄尔尼诺事件发生时，秋季干旱会导致水库储水不足，为避免这个问题应提前在夏季增加储水量。

将厄尔尼诺有效预报提前半年以上，是全球最准确的预报模式之一

多年来，对厄尔尼诺事件的准确预报一直是一个科学难题。“厄尔尼诺事件的影响比较容易推算出来，最难的环节是预报厄尔尼诺能不能发生。”李元龙说。比如，在2014年，国际上几乎所有的主要科研机构都预报说会发生厄尔尼诺，但却没有发生；2015年，当大家几乎都预报不会发生时，却发生了史上最强的厄尔尼诺事件之一。

通常，厄尔尼诺事件可以在提前三到四个月精准预报，但提前半年就很困难。王凡团队根据对西太平洋暖池结构的认识、变异机理的把握，在预报模式中加入了海洋盐度模块，发展出了新型的气候变化预报系统，在保证准确率的同时，把有效预报的时间提前到半年甚至更早。

令人欣喜的是，王凡团队对近年来几乎所有的厄尔尼诺事件的预报都取得了成功。据悉，新系统提前9个月以上成功地预报出2015年厄尔尼诺事件的爆发、发展过程及其强度。滚动预测结果保持稳定，从2015年3月份至2016年1月份的预测结果与实际的观测演变完全相符。

目前，该预报系统已经进入常规化业务应用阶段，预报结果多次被中办／国办、国家海洋局、国家气候中心、国家海洋环境预报中心和军方业务部门采用。

业界认为，该项目的科研成果，加强了我国在相关学界领域的国际影响力和话语权，推动了由我国发起并主导的“西北太平洋海洋气候实验”（NPOCE）计划的实施，初步奠定了我国在西太平洋暖池研究领域从“跟跑”到“领跑”的转变。

山东省科技进步二等奖得主、青大附院援鄂医生牛海涛团队：

体外还原癌细胞生长环境精准治疗

□青岛日报／青岛观／青报网记者 耿婷婷

刚率领青岛大学附属医院医疗队圆满完成援鄂抗疫任务不久，青岛大学附属医院泌尿外科主任牛海涛又迎来了喜讯：在7月2日举办的山东省科学技术奖励大会上，由他作为第一完成人的“泌尿系肿瘤微环境及代谢模式系列研究”项目，获2019年度山东省科技进步二等奖。

▲牛海涛（右）与团队工作人员沟通。韩星 摄

与恶性肿瘤对抗一直是医学界孜孜不倦的追求。牛海涛团队此次获奖项目就是瞄准以膀胱癌为代表的泌尿系统恶性肿瘤的治疗。自2012年起，在3项国家自然科学基金和1项省自然科学基金资助下，牛海涛带领项目组围绕膀胱癌微环境这一癌细胞在人体内的“主战场”及其代谢模式进行长期、深入研究，获得的创新性成果为膀胱癌的精准治疗和靶向药研发等临床应用提供了理论参考。

模拟微环境三维平台，捕获90．3％的肿瘤细胞

作为泌尿系统最常见的恶性肿瘤，膀胱癌目前没有靶向药。牛海涛告诉记者，膀胱癌的治疗以手术切除为主，但术后复发率高达50％—70％；即使没有发生转移的膀胱癌患者五年生存率也仅有60％左右，晚期膀胱癌五年生存率更是不足5％。

多年临床经验，让牛海涛看过太多膀胱癌患者的痛苦。“作为一名临床医生，我是不是做好每一台手术就够了？”牛海涛这样问自己，得到的答案是“不够”。“目前临床上对于膀胱癌患者的治疗方法实在有限，大部分患者面临早期难发现、术后易转移、治疗费用高昂而且生存率不高的情况。”牛海涛动情地说，“医生的天职是为病人解除痛苦，不仅是做手术，搞科研也是为临床应用打基础，我们只有弄清楚肿瘤在体内发展机制，才有可能攻克它。”

要攻克癌症就要弄清楚癌细胞在体内的生存环境。近年来，作为癌细胞在体内的“主战场”，肿瘤微环境在肿瘤发病机制中的核心作用日益凸显。牛海涛团队要做的第一步，就是最大限度在体外还原癌细胞在人体内的生存环境，这并不是件容易的事。目前国内外对膀胱癌肿瘤微环境的研究均采用传统的二维共培养模式，这与肿瘤在体内实际生存的三维生长模式存在明显差异，难以模拟体内真实情况。牛海涛解释道，由于人体内的细胞是相互作用的，因此以往只针对肿瘤细胞的体外研究结果一旦进入人体内，往往会受到其他细胞的影响而失败。从这个角度上说，将多种细胞“共培养”是在体外还原肿瘤微环境的关键。

牛海涛团队依据体内细胞及其介质间相互作用的特性以及流体力学原理，自主研发了膀胱肿瘤微环境模拟芯片，实现了肿瘤细胞、成纤维细胞、内皮细胞、巨噬细胞等细胞的联合培养，由此成功实现了体外模拟肿瘤微环境的三维平台。

实现了多种细胞共同培养，就相当于具备了“控制变量”的基础。在这个三维平台上，牛海涛团队实现了膀胱癌化疗敏感性筛选，找到了截至目前被认为是最有效的化疗方案，为将来膀胱癌患者个体化精准治疗提供了可能性。

团队还对芯片应用进行拓展，升级设计了鱼骨结构微流控芯片，并对膀胱肿瘤患者血液里存在的微小循环肿瘤细胞进行特异性捕获，将捕获率从46．7％提高到90．3％。对循环肿瘤细胞的捕获率越高，就意味着临床上能越早关注肿瘤转移情况，这对于膀胱癌患者生存的意义不言而喻。

锚定能量代谢，为肿瘤精准治疗开辟新路径

同样的药，用在不同的患者身上效果不同；同一个患者，用同一种药前后效果也可能有差别。这就是肿瘤的异质性特点，也是癌症难以治愈的原因之一。近年来，越来越多的专家提出，癌症临床治疗应关注肿瘤异质性，制定个体化精准治疗方案。这也是牛海涛团队研究的核心所在。

“癌症患者本身面临着高昂的治疗费用和不确定的治疗结果等多重压力。”牛海涛说，精准治疗可让患者在用药前筛选到最合适的特效药，从而让治疗少走弯路，减轻患者经济负担。

精准化治疗该从哪里入手？以往的肿瘤研究，多是从肿瘤表现形式等“外在”入手，牛海涛团队锚定能量代谢这一细胞生命活动最基本的特征。与其他普通细胞一样，能量代谢也是肿瘤细胞在体内“兴风作浪”的能量来源和基本驱动因素。将肿瘤微环境以及能量代谢纳入统一研究体系内进行系统化研究，有望绕过肿瘤异质性这一“拦路虎”，从源头找到恶性驱动机制，并找到新的诊疗方法。

为此，牛海涛团队分别从糖、脂、氨基酸代谢三方面出发，研究在膀胱肿瘤微环境内，肿瘤细胞是如何与免疫细胞“斗争”、如何避开免疫细胞“追杀”，由此获得一批潜在肿瘤治疗靶点，为开展分子水平的肿瘤精准治疗和开发新的靶向药物提供了思路。

更为珍贵的是，这样的研究方法和成果有望从以膀胱癌为代表的泌尿系统肿瘤拓展应用到大部分肿瘤的精准化治疗中，为无数癌症患者带去生的希望。

截至目前，牛海涛团队的项目共获授权国家发明专利3项，发表国内外核心期刊论文57篇，其中SCI收录23篇。团队构建的膀胱癌微流控三维共培养平台、对肿瘤微环境代谢机制的系列研究等所取得的技术成果，在复旦大学附属肿瘤医院、南京鼓楼医院等28家国内知名医院进行了推广应用。

牛海涛说，医学领域所有的科学研究最终都要作用于临床、服务于患者。有这样的信念支撑着，8年的研究过程中，牛海涛从没有一刻觉得枯燥。“我们的研究来源于临床需要，经过检验后又将作用于临床，拯救更多患者，这样的‘满足感’可以让我们一直探索下去。”

这段话是牛海涛性格最好的写照。他常说，外科医生就是将军，打起仗来一定要冲到前线去。所以，年初新冠肺炎疫情袭来时，牛海涛毫不犹豫报名成为青岛大学附属医院援鄂医疗队队长，带着32位医生和100位护士出征。在武汉，他们整建制接管了同济医院光谷院区，专门收治重症新冠肺炎患者。从2月9日出发到3月31日凯旋，牛海涛带着医疗队共治愈了82位患者，其中包括体重107公斤的超重患者和91岁高龄的老人。

别人眼中这样的“壮举”在牛海涛眼里都是“分内的小事”，就好像他作为一名外科医生坚持搞基础研究一样，“最终都是为了患者”。

采访的最后，牛海涛说，攻克肿瘤是条充满艰难险阻的长路，仅靠某一个研究成功不可能解决所有问题。“我们现在的理论研究能给以后的科研人员带来哪怕一点点收获，都是值得的。大家一起努力，一个个环节逐步打通，最终一定能解开抗癌这个复杂的链条。”他说。

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