绝处逢生!病危男孩如何借助一条小鱼得救?_丹尼尔

这种在无数遗传学、发育和疾病研究中使用的小鱼不但帮助发现了疾病的根源,还找到了挽救他生命的良药!他们发现,丹尼尔的X染色体上一个名叫ARAF的基因上出现了突变,重要的是,这一突变也出现在另一位淋巴异常的年轻人…

当丹尼尔(Daniel)住进费城儿童医院(Children’s Hospital of Philadelphia)时,他的双腿和肚子肿得像吹起的气球,他的肺部充满积液,以至于需要氧气罐来辅助呼吸,而所有治疗方法只能暂时缓解症状。

“他正在一步步走向死亡。”费城儿童医院的小儿肺科专家哈孔-哈克纳森(Hakon Hakonarson)博士说。

然而,他得救了。而挽救他生命的发现,离不开科学实验室中经常使用的模式动物——斑马鱼。这种在无数遗传学、发育和疾病研究中使用的小鱼不但帮助发现了疾病的根源,还找到了挽救他生命的良药!

绝处逢生!病危男孩如何借助一条小鱼得救?_丹尼尔

大海捞针,寻找致病根源

丹尼尔一直是个喜欢运动的孩子,他是一个足球队员,不经训练就能够在25分钟内跑完5000米。然而,在他10岁的时候,疾病突然降临,他的下肢开始肿胀,稍微运动一下就喘不过气来。医生发现淋巴液开始在他的心脏周围潴留。医生们导出了液体,然而过不了几天,液体又重新积累起来。他被转到费城儿童医院,接受淋巴系统专科医生的治疗。

在费城儿童医院,医生们使用微创手术阻断异常淋巴液的流动。虽然手术最初获得了成功,但是液体潴留仍然不断复发。随后两年里,丹尼尔的病情不断恶化,即便接受了多次手术,他的呼吸问题和下肢肿胀却越来越严重。常规疗法对改善丹尼尔的病情已经无能为力,哈克纳森博士的参与给发现丹尼尔疾病的根源带来了一线希望。

除了是一名肺科专家,哈克纳森博士还是费城儿童医院应用基因组学中心(Center for Applied Genomics)主任。这一研究中心主要研究不同疾病的遗传学根源。将丹尼尔推向死亡的疾病称为中枢导管淋巴异常(central conducting lymphatic anomaly)。他身体中的淋巴管出现不受控制的异常增生,泄露的淋巴液在心脏、肺部等身体部位不断聚集。在找到致病的基因突变之前,对丹尼尔的治疗如同在泰坦尼克号撞上冰山后不断排水和封闭船舱,堵不住海水涌进的缺口,终究无法摆脱沉船的命运。

哈克纳森博士的研究团队对丹尼尔的基因组中表达蛋白的部分进行了测序,然而,在通常与淋巴系统异常相关的基因中,研究人员并没有发现任何异常。不过,他们发现,丹尼尔的X染色体上一个名叫ARAF的基因上出现了突变,重要的是,这一突变也出现在另一位淋巴异常的年轻人身上,他还没来得及获得有效疗法就不幸去世了。这个从来没有与淋巴异常联系在一起的基因可能是导致丹尼尔疾病的根源么?

斑马鱼立功,确认疾病机制

为了探明ARAF的基因突变是丹尼尔疾病的罪魁祸首还是与疾病无关的基因突变,研究人员想到了实验室中常用的模式动物斑马鱼。这种半透明的小鱼让科学家们很容易在显微镜下观察到淋巴系统的发育情况,更重要的是,它们长得很快。只需要五天,斑马鱼就能生成一套淋巴系统。

研究人员把丹尼尔携带的基因突变导入斑马鱼的胚胎中,显微镜下,荧光蛋白标记出的淋巴系统向研究人员展现了这一基因突变的后果。淋巴管像野草一样不受控制地迅速生长。这跟丹尼尔身上的症状一摸一样!

绝处逢生!病危男孩如何借助一条小鱼得救?_丹尼尔

▲斑马鱼淋巴系统展现检验基因突变的作用(图片来源:参考资料[2])

“斑马鱼给我们提供了关键证据,这一突变是导致丹尼尔的淋巴管过度增生的原因!”汉克纳森博士说。

挽救一个孩子的生命

发现导致淋巴管过度增生的基因突变虽然是个重要科学发现,但是对于研究人员来说,这还远远不够。丹尼尔仍然命悬一线,他需要挽救生命的新疗法。ARAF基因编码的蛋白激酶会导致名为MEK的信号通路过度激活,于是,研究人员找来10种不同的MEK抑制剂,把它们喂给携带ARAF基因突变的斑马鱼。科学家们焦急地在显微镜下检查斑马鱼的结构,寻找一种能够终止淋巴管异常生长,但是又没有造成其它不良影响的药物。

一种药物脱颖而出,这是诺华公司的Mekinist(trametinib),它已经获得批准治疗黑色素瘤患者。汉克纳森博士联系了费城儿童医院的肿瘤科专家。在他们的帮助下,汉克纳森博士获得了FDA授予的“富有同情心的使用许可“(compassionate use permit),允许他在丹尼尔身上使用trametinib。

在接受这款试验性疗法两个月之后,丹尼尔的呼吸得到改善,三个月之后,他不但可以减少使用氧气罐,而且开始进行更多体育活动,双腿的严重浮肿也逐渐消退了。核磁共振成像显示,他体内的淋巴管系统得到了重塑,这项研究第一次表明一款药物能够重塑整个器官系统!它最近发表在《自然》子刊Nature Medicine上。

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如今丹尼尔已经14岁了,他像从前一样,能够骑自行车和打篮球。“两年前,我们在准备给丹尼尔买轮椅,他只能在家里接受家教,”丹尼尔的妈妈说:“现在,他已经可以全天在学校学习,还和朋友一起参加各种体育运动。”

精准治疗的新篇章

在癌症治疗领域,检测患者肿瘤中携带的特定基因突变,从而找到适合特定患者的个体化疗法正变得越来越常见。而汉克纳森博士表示,这项研究表明,这种精准治疗的思路在其它疾病领域也有望获得成功。

“如今我们的基因组学团队会对所有的淋巴系统疾病患者进行诊断。”汉克纳森博士说。而且基于这项研究,费城儿童医院正在扩展一项针对复杂血管异常的研究项目,发掘妨碍血管或淋巴管正常发育的基因突变。

“发现、验证和获得疗法的过程是如此的艰辛,我们由衷地感谢丹尼尔的坚韧和乐观,和他的医疗团队的毅力和技术,”丹尼尔的母亲说道:“我希望丹尼尔的病例能够为无数其它在黑暗中的患者带来一线曙光!”

参考资料:

[1] The boy was dying. Zebrafish helped save his life. Retrieved July 2, 2019, from https://www.statnews.com/2019/07/01/precision-medicine-zebrafish-helped-save-boys-life

[2] Li et al., (2019). ARAF recurrent mutation causes central conducting lymphatic anomaly treatable with a MEK inhibitor. Nature Medicine, https://doi.org/10.1038/s41591-019-0479-2

[3] Mutation Discovery Leads to Precise Treatment for Child with Severe Lymphatic Disorder. Retrieved July 2, 2019, from https://www.prnewswire.com/news-releases/mutation-discovery-leads-to-precise-treatment-for-child-with-severe-lymphatic-disorder-300878570.html

文章来源:药明康德

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