化学经纬
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朊毒体疾病

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“执子之手,与子偕老”是夫妻间的爱情誓言。然而,也有人说,这句源于《诗经·邶风·击鼓》的名句讲的是战友之间的情谊。不过,对于索尼娅(Sonia)和埃里克(Eric)这对“半路出家”的科学家夫妇来说,“执子之手,与子偕老”不但是他们之间的爱情誓言,也代表了他们为了挽救索尼娅的生命,并肩与疾病“战斗”一生的追求。

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图片来源:Pixabay

埋在身体里的“定时炸弹”



2011年,27岁的索尼娅得知,她的身体里埋着一颗“定时炸弹“,它可能会在她50岁左右的时候”爆炸“,夺取她的生命。

一年前,索尼娅眼睁睁地看着她的母亲被一种怪病折磨。最初她的记忆力开始消失,然后是思考能力,那位聪明、温暖、具有艺术气息的母亲,在不到一年的时间里,就被严重的失智症夺走了生命,去世的时候只有52岁。

尸检发现她死于一种罕见的疾病——朊毒体疾病(prion disease)。提到朊毒体疾病,人们可能首先想到的是“疯牛病”,这种疾病由于具有特殊构象的朊毒体感染,使动物体内的朊蛋白发生连锁性的构象变化,并且在大脑中大量沉积,导致大脑细胞的迅速死亡。因为朊毒体疾病而死去的动物大脑像海绵一样充满了因为细胞死亡留下的小洞。

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▲“疯牛病“动物大脑组织中充满了小洞(图片来源:Dr. Al Jenny / Public domain)


而夺取索尼娅母亲生命的的朊毒体疾病有另一个名字,它叫做致命性家族性失眠(Fatal Familial Insomnia, FFI)。它是一种遗传性疾病,因为一个编码PrP蛋白的基因发生突变,PrP会发生更容易发生蛋白构象的变化,并且在大脑组织中沉积。这种疾病跟阿尔茨海默病的症状有些类似,但是发病速度却快得多。基因检测的结果表明,索尼娅携带着和她母亲一样的基因突变!

“我很庆幸我现在的身体跟普通人没什么两样,“索尼娅说:“但是我也清楚地认识到,我有极大的风险会患上同样的疾病,在50多岁的时候死去。”

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▲索尼娅博士(图片来源:Broad研究所官网)


改变人生的决定



当索尼娅得知这个让她的人生“天翻地覆”的消息时,她刚刚从哈佛大学的法学院毕业,找到了一份法律顾问的工作,而她的丈夫埃里克则是一名帮助城市规划的数据分析师。得知索尼娅的基因检测结果后,中学之后就没再接受过生物学培训的他们开始在线上搜索朊毒体疾病的信息,邀请朋友中的生物学家和化学家到家里“科普”相关的科学知识。同时,索尼娅和埃里克在哈佛大学的夜校上课,学习生物学和神经生物学。

然而,夜校的课程并不能满足他们对疾病知识的渴望。为了能够更早发现治疗这一疾病的方法,索尼娅和埃里克做出了一个改变他们人生的决定,他们放弃了已有的工作,双双进入哈佛大学医学院攻读生物医学博士。在哈佛大学的实验室里,他们共同分享一个办公室,一个工作台,为找到治疗索尼娅的药物而努力。

“未来总有一天索尼娅会拿到能够挽救她生命的药物,“埃里克说:”我现在能做的就是让那一天早点到来。”

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▲埃里克博士(图片来源:cureFFI.org,CC BY-SA 4.0)


“ASOs Work!



最初,夫妻俩将目标放在找出能够与突变的PrP蛋白相结合,防止他们产生神经毒性的小分子药物上。然而,他们发现这个常见的药物开发策略可能是“死路一条”。因为FFI发病速度非常快,当症状出现时再使用这些药物可能已经无法挽救大脑中已经产生的永久性损伤。而且,PrP蛋白能够改变自己的构象,演化出对药物的耐药性。这意味着,即使索尼娅和埃里克找到了完美的”钥匙“,他们可能发现它却不再能够打开原来的那把“锁”。他们花了5年的时间筛选能够与突变的PrP蛋白结合的小分子,但是没有找到任何能够进一步进行研究的候选化合物。

既然阻止有毒蛋白产生毒性的方法行不通,那么,有没有可能在PrP蛋白改变构象之前,就减少它们在大脑中的水平,推迟FFI的发生呢?索尼娅和埃里克从一位名叫Jeff Carroll的科学家那里得到了启示。Carroll博士像他们一样,也在为治疗自身的疾病而进行科学研究。他正在与一家名为Ionis Pharmaceuticals的公司合作,开发治疗亨廷顿病(Huntington’s disease)的创新疗法。与FFI类似,亨廷顿病也是由于一种蛋白发生突变导致的神经疾病。而Ionis公司的创新疗法称为反义寡核苷酸(ASO),它们可以通过与编码蛋白的RNA相结合,导致RNA的降解,从而降低致病蛋白的水平。

在Carroll博士的帮助下,索尼娅和埃里克与Ionis公司取得了联系,并且达成了协议,Ionis公司将负责制备能够靶向编码PrP蛋白的mRNA的ASO,而索尼娅和埃里克则需要开发出一种检测脑脊液中PrP蛋白水平的可靠方法,在小鼠实验中证明ASO的有效性,并且构建朊毒体疾病患者的数据库,显示患者患病的自然历史中,PrP蛋白水平和疾病发作之间的关系。



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▲索尼娅和埃里克造访Ionis公司时留下的合影(图片来源:cureFFI.org, CC BY-SA 4.0)


在2019年,索尼娅、埃里克和他们的合作伙伴在JCI Insight上发布了他们的研究论文,在小鼠实验中,他们发现ASO能够延长被朊毒体感染的小鼠的寿命,而且因为ASO的作用方式是通过降低动物体内的PrP蛋白水平,它们可能对多种不同的朊毒体都能够产生疗效。

在2012年得知索尼娅携带导致FFI的基因突变之后,埃里克开了一个名为cureFFI.org的博客,记录他们寻找疗法的经历。在2020年3月,他们的另一篇论文在预印本网站bioRxiv发布之后,埃里克在博文中兴奋地写道:“ASOs work(反义寡核苷酸有用!)”

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▲ASO治疗朊毒体疾病的研究论文的图示(图片来源:参考资料[7])


“执子之手,与子偕老“,是他们一生“战斗”的目标



虽然将这些基础研究转化为治疗索尼娅的疗法还有很长的路要走,但是埃里克和索尼娅对未来充满了希望。索尼娅如今是Broad研究所(Broad Institute)开发朊毒体预防疗法项目的共同负责人。她帮助推出了朊毒体患者数据库(Prion Registry),鼓励朊毒体疾病患者加入到在研疗法的研究中来。同时,她正在与同事合作进行一项疾病自然历史的研究,聚焦于评估那些因为携带基因突变,患上朊毒体疾病风险升高的人群体内生物标志物的变化。

日复一日,为了治愈索尼娅这个共同的目标,在同一个实验室里,同一个工作台前“并肩作战“,也让他们对彼此有了更深的了解和欣赏。索尼娅说道:“我曾经以为,我和埃里克结婚的那天是我最爱他的时刻。但是我错了,我们的关系进入了一个新的维度,每一天和他在一起,我都更爱他,更为他所惊叹。他命中注定应该从事这项(研究)工作,而世界将因为他的努力而变得更好!

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索尼娅和埃里克一家(图片来源:cureFFI.org, CC BY-SA 4.0)


今年3月,索尼娅和埃里克迎来了他们的第二个孩子。通过人工授精和对胚胎的基因检测,他们确保这个家庭中的新成员,与他的姐姐一样,体内没有携带导致FFI的基因突变。埃里克在博文中写道,家庭中新生命的降临会让他和索尼娅更为忙碌,不过开发防治朊毒体疾病疗法是他们一生的目标,他们将在这条道路上继续走下去。增添家庭成员的决定,也表现出他们对未来的乐观和希望。

“我们还有很多年,可以看着这些美丽的孩子长大!”


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