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研究发现孤独症新机制及潜在治疗靶点

2017年11月27日 来源:新浪新闻

孤独症无药可治的局面或将被中国科学家改变。

近日,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员胡荣贵带领的研究小组在国际学术期刊《细胞研究》(Cell Research)发表论文,报告了孤独症发生的一种新机制及潜在的治疗靶点——一种泛素化连接酶UBE3A蛋白和维甲酸。使用小鼠进行的动物实验表明,相关治疗措施可有效缓解小鼠模型的孤独症特征行为。

维甲酸是维生素A在人体内的代谢产物之一。

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中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员胡荣贵。 受访者供图

该研究成果是否能用于缓解人类孤独症患者的症状,如何进行临床应用?

11月5日,胡荣贵告诉澎湃新闻,论文发表的消息一出来,他就接到了很多孤独症患者儿童的家长和药物研发机构问询的电子邮件。他带领的研究团队正在就相关治疗靶点及治疗方案申请临床试验,也已经申请了相关专利。

一位论文审稿人表示,这是孤独症研究领域近年来最重要的发现之一,其研究成果应该尽快让更多人知晓。

胡荣贵表示,除了上述治疗靶点,维甲酸合成通路中的一些蛋白或基因,也有望成为特定孤独症亚型患者临床干预或治疗的分子靶标。研究团队还发现,一些临床中被批准使用、认为安全的药物有可能增加胎儿或儿童罹患孤独症的风险,这或许是近年来孤独症儿童患病率急剧上升的重要原因。他们目前正在进行进一步研究和核实。

但关于孤独症的研究还有很多未解之谜。该研究只关注了1%-3%的遗传型孤独症患者,未来研究人员希望探究包括散发型在内的孤独症的发生机制。

该研究的合作者包括中南大学夏昆、郭辉教授,中科院神经所徐华泰、熊志奇、仇子龙、于翔研究员,中科院生化细胞所阮康成、高大明研究员,上海精神卫生中心崔东红教授以及美国威斯康辛医学院梅玲教授等。

1%-3%的孤独症由UBE3A基因突变引起

孤独症与同是神经系统疾病的阿尔兹海默病(老年性痴呆)相比,一个是童年发病,一个是老年。人生的两端,同样让家庭不堪重负。

孤独症又被称为“自闭症”,早至2岁时就可能被诊断出发病。患病儿童难以与他人沟通,终生生活无法自理,社会生存能力差。

胡荣贵说,他对自闭症的真正认识开始于在深圳参加的一次孤独症大会。此前,孤独症对他来说,只是一种陌生的普通疾病。但在那次大会上,他不仅接触到了研究人员,还发现有大量的公益组织、慈善机构参会,甚至有家长把患病的孩子也带来了。家长们痛苦的讲述,令他至今难忘。

16年前,胡荣贵还在美国做博士后研究时,他就开始关注蛋白质的泛素化研究领域。

泛素是细胞内的一种小分子蛋白,它可以一个个前后连成一串,形成泛素链。对细胞来说,泛素链的出现,只传递了一个信息:有垃圾要处理了。

当UBE3A这样的泛素化连接酶把泛素一个个地添加到某个蛋白上时,这个蛋白离寿终正寝就不远了。它会被细胞里的其他分子机器拖到“垃圾站”,慢慢降解掉。细胞中这种蛋白的含量因此就减少了。

被UBE3A“加工”过的一个个泛素化蛋白,被研究者称为UBE3A的底物。

UBE3A蛋白事实上是孤独症研究领域的一个明星分子。它的基因位于人类第15号染色体的q11-q13位点上。

早在2001年,人们就发现,如果一个人体内的UBE3A基因发生“拷贝数增加”这一突变,那么,他可能会患孤独症。这样的病例占所有孤独症患者病例数的1%-3%。

2011年,研究人员发现,如果小鼠大脑中的UBE3A蛋白过量表达,小鼠会出现孤独症的特征行为。2015年,一篇发表在国际学术期刊《细胞》(Cell)的论文称,UBE3A活性过高,会导致异常神经突触的形成。

但为什么UBE3A蛋白过量了,会导致自闭症,人们一直没找到答案。人们曾找到UBE3A的很多底物蛋白,但在孤独症干预、治疗方面,它们没能提供更有价值的提示。

胡荣贵带领的研究团队认为,UBE3A一定还有新的与孤独症有关的底物蛋白。他们的研究工作开始于筛选UBE3A的底物蛋白。研究人员采用了酵母双杂交(Y2H)的方法,从大量蛋白中锁定了ALDH1A2蛋白。整个过程非常像是在钓鱼。

小鼠实验证实大脑维甲酸含量与孤独症有关

而ALDH1A2蛋白是维生素A一步步转化成维甲酸(视黄酸,RA)过程中最重要的酶之一。无论是UBE3A出了问题,还是ALDH1A2蛋白出了问题,最终影响的都可能是细胞中维甲酸的含量。在正常的细胞中,维甲酸的含量维持一种稳态。

研究人员从合作者中南大学夏昆、郭辉教授那里获得了UBE3A基因突变孤独症患者的外周血等临床病理样本和遗传信息。检测后,他们发现,这些患者细胞中的ALDH1A蛋白转化维甲酸的活性的确比正常人更低。

研究人员使用小鼠进行的动物实验证实,当用抑制剂双硫仑或遗传手段,来降低小鼠大脑前额叶区域神经元中维甲酸的含量时,小鼠会出现孤独症的特征行为。当补偿维甲酸时,小鼠的孤独症症状获得缓解。

可以通过提高维甲酸的办法,来缓解人类孤独症的症状吗?那么,通过什么样的办法来补充,每次补充多少,才不会中毒,同时又有效?

胡荣贵告诉澎湃新闻,他们已经申请了临床试验。但在实验体系下完成的基础研究成果,要用到人身上,用到临床中,还需要严谨的试验数据和慎重而充分的检验。

维甲酸是维生素A在人体内的代谢产物之一,也是维生素A在人体内发挥作用的主要形式。人体无法合成维生素A,所以只能从食物中获取,比如动物肝脏或胡萝卜素。胡萝卜素在人体内首先转化成维生素A,即视黄醇。视黄醇随后转化成视黄醛,它对光线很敏感,在人眼睛中负责感光——此前,人们在研究夜盲症时发现了维生素A。随后,视黄醛转化成视黄酸,即维甲酸,在细胞中发挥重要作用。比如神经元的分化、大脑发育、神经突触的可塑性等。

目前,维甲酸被广泛应用在化妆品或皮炎等外用制剂上。在急性早幼粒白血病的治疗中,砷化物(砒霜)与全反式维甲酸联用。

胡荣贵表示,实际上,除了ALDH1A2蛋白,他们还筛选到了UBE3A的更多底物。这些底物与孤独症或其他疾病有什么关联,他们正在研究中。此外,除了维甲酸、ALDH1A2蛋白和UBE3A,还可能存在其他的潜在靶点可以用于治疗孤独症。

胡荣贵还提醒,从美国的发病率数据来看,孤独症儿童的发病率正在急剧上升。2009年的数据是 1/150,2012年是1/ 68,2014年是1/58,预计2020年会达到1/30。这样飙升的发病率不可能仅仅是是遗传因素造成的。除了诊断技术提高外,还有哪些因素造成了孤独症发病率上升,比如孕妇吃的食物、药物等,他们正在寻找答案。


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