研究者说 | 八年磨一剑,全新视角探索罕见病DBA发病机制,老药新用点燃患者希望之光

2022
06/22

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博医荟
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近日,中国医学科学院血液病医院的研究团队在Cell Discovery正式发表了一项基础研究成果。

先天性纯红系再生障碍性贫血(DBA)是一种罕见的遗传性的骨髓衰竭性疾病。近日,中国医学科学院血液病医院的研究团队在Cell Discovery正式发表了一项基础研究成果,研究提出了DBA发病的新机制,并提出小剂量I型IFN可作为DBA潜在治疗药物,引起业内广泛关注。博医荟特别邀请研究团队成员石莉红研究员和万扬博士,对此项研究结果进行深入解读。 

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研究作者:中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)石莉红研究员、朱平研究员、竺晓凡主任以及程涛教授为共同通讯作者。中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)博士生王冰蕊(已毕业)、王晨晨、万扬主治医师以及高洁主管技师为并列第一作者。

研究速递

研究纳入5例健康供者和11例包含初诊(UT)、糖皮质激素治疗有效(GCR)及治疗无效(GCNR)三种类型的DBA患者骨髓样本作为研究对象,利用流式细胞术分选红系祖细胞(BFU-E)。使用单细胞转录组测序技术(3’STRT-seq)完成BFU-E细胞的深度测序。随后利用生物信息学分析方法进一步对比了糖皮质激素治疗有效和无效患者的表达谱,发现治疗有效的患者I型干扰素(IFN)水平表达大幅提升,并且通过造血干细胞红系分化实验证实了小剂量I型IFN的药理作用机制。

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图:DBA患者的BM红系祖细胞显示生长受损

a 实验工作流程的示意图

b 流式细胞术分选红系祖细胞

c 流式分选的红系祖细胞集落形成试验

d  NC和DBAUT患者BFU-E集落形态差异

该研究提出了DBA发病的新机制:一方面,核糖体基因突变导致蛋白质合成供应不足;另一方面,为满足机体所需,DBA患者BFU-E细胞被迫进入细胞周期S期,需要进行大量DNA复制和蛋白质合成,这种“供需”矛盾大幅提升复制压力,导致DNA损伤,最终P53激活,细胞凋亡。这一发现回答了核糖体基因突变为何特异性导致DBA红系贫血的问题。

同时,研究还发现,小剂量I型IFN可作为DBA潜在治疗药物,鉴于I型IFN在儿童疾病应用的广泛性和安全性,已注册相应临床试验。

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研究者说

当下DBA三种治疗策略仍面临挑战

石红莉研究员:DBA是一种罕见的遗传性的骨髓衰竭性疾病,临床主要表现为1岁以内发病的中重度贫血,骨髓红系造血细胞明显减少甚至缺如,约60%的患者携带核糖体蛋白基因杂合突变[1]。

目前DBA已有三种主要的治疗方法,分别为糖皮质激素、悬浮红细胞输注和造血干细胞移植,但目前仍然面临以下挑战:

首先,DBA一线治疗手段是使用糖皮质激素,但并非对所有患儿均有效。约80%的患儿在应用糖皮质激素初期是有效的,而另外20%的患儿几乎对激素治疗没有任何的反应。

其次,对于应用糖皮质激素有效的DBA患儿,在后续的治疗过程中,也可能出现耐药,或发生激素相关副作用。

最后,对于应用糖皮质激素无效/耐药的DBA患儿,临床中只能使用悬浮红细胞输注或造血干细胞移植进行治疗,但这两种疗法不仅会增加患儿家庭和社会的经济负担‍[2、3],治疗本身的危险系数也较高。

八年磨一剑,跨越重重困难只求提升DBA患儿预后

万扬博士:自研究发起至今,已有8年。2014年时,为了进一步探索DBA发病机制,解答部分患儿对糖皮质激素治疗效果较差的问题,并找到新的治疗方法,我们发起了这项研究。过程中,主要面临两大难题。

首先是研究的细胞资源不足。由于DBA属于罕见病,并且患儿的细胞本身就是衰竭的,想要分离到比较纯正的致病红系祖细胞,又需达到相应的数量级,本身就是一件极为困难的事。因此临床中DBA患儿体内可收集到的致病细胞数量极少。

其次是技术水平受限,这项研究需要精准的单细胞技术,而当时单细胞技术尚未广泛应用,且技术很难掌握。同时,建单细胞文库是一件很精细、复杂的工作,在漫长的实验过程中,一旦出现一点纰漏,费尽心血收集来的致病红系祖细胞信息可能就会丢失,这使得这项研究在实验阶段困难重重。

幸运的是,我们坚持了下来,现在也已取得初步成果,并申请了将小剂量I型IFN可作为DBA潜在治疗药物相关临床试验,希望这个研究最终能让更多的DBA患儿受益。

守得云开见月明,历经八年终探DBA发病新机制,老药新用未来可期

石莉红研究员:这项研究一定程度上颠覆了过去大家对于DBA发病机制的认知。过去的研究受限于技术和样本,使大家对发病机制的认识不够深刻。临床中普遍认为DBA的发病机制是红系祖细胞细胞周期阻滞导致红细胞无法产生,继而引起患者的贫血症状。

但这项研究结果正相反,DBA是由于骨髓的负反馈机制使细胞进入了旺盛的细胞周期,而突变的细胞无法合成足够的蛋白作为细胞的原料,才使得细胞大量死亡,最终出现贫血的症状。

随着对发病机制的了解的深入,我们也进一步理解了糖皮质激素的作用机制,即通过减慢细胞周期,先保证一部分细胞能够生存下来,再进一步的增殖分化,最终缓解贫血。

我们的研究在一定程度上为DBA的药物治疗提供了除糖皮质激素以外的新方案。对于初次使用激素就无效的患儿,可以尝试采用IFN进行治疗,而对于那些激素治疗初期有效,后期发生耐药的患儿,也可以尝试将IFN和糖皮质激素联用以改善症状。这是我们的研究成果最大的意义——让更多DBA患儿得到更加精准、有效的治疗,同时不增加患儿家庭的经济负担,尽量最大化DBA患儿获益。

目前这项研究还只是小队列研究。入组患儿为经激素治疗没有效果,需要输血维持治疗的DBA患儿。我们会观察IFN对输血依赖患儿的总体疗效,评估其是否达到了试验目标,如果达到目标,我们将继续扩大适应症,进一步应用在激素有效、但维持剂量过大,或是激素不能耐受的患儿中,同时我们也会尝试IFN和小剂量激素联合应用等众多方法来做进一步研究。

探索无止境,以患儿获益为核心,一切探索和努力都是为了解决临床问题

万扬博士:大多数临床医生在工作期间是非常忙碌的,尤其在儿科,由于患者的特殊性,儿科医生可能要考虑更多因素,例如患儿耐受程度、治疗策略的远期毒性等,以尽可能地为患儿的生命健康保驾护航。

个人而言,之所以能在临床工作中兼顾基础科研,得益于我们所院基础与临床紧密结合“双轮驱动”的发展模式。临床医生在遇到诊疗过程中的问题时,会及时的与实验血液学重点实验室的老师进行沟通。努力将临床问题转化成科研问题,用细胞或者是动物模型来探索机制并尝试解决临床问题。这样一方面临床上的特殊案例也能用来帮助我们更深入地了解疾病发生机制;另一方面,基础研究成果也会较快的应用于临床,为患者提供新的治疗方案。

最后,由于DBA属于罕见病,这项研究的顺利开展,离不开DBA患儿和家长对我们的支持和信任,因此这项研究希望得到更多社会各界的支持。在医生、患者及家长、科研工作者及社会各界的共同努力下,罕见病的研究和治疗手段的发展未来可期。

参考文献:

[1]Da Costa, Lydie et al. “An update on the pathogenesis and diagnosis of Diamond-Blackfan anemia. F1000Research vol. 7 F1000 Faculty Rev-1350. 29 Aug. 2018

[2]Mills, Eric W, and Rachel Green. “Ribosomopathies: There's strength in numbers.” Science (New York, N.Y.) vol. 358,6363 (2017): eaan2755

[3]Da Costa, Lydie et al. “Diamond-Blackfan anemia.” Blood vol. 136,11 (2020): 1262-1273

专家介绍

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石莉红

中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)

中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)研究员。

担任中国病理生理学会第九届实验血液学常委会常委,中国生理学会血液学专业委员会委员, 中华医学会青年委员及天津细胞学会理事。荣获国家引进人才青年项目、中国医学科学院“协和学者特聘教授”等荣誉称号。

主要研究方向是造血谱系分化命运决定与疾病的关系。在Cell Stem Cell (2021a、2021b)、Nature Medicine、Developmental Cell、Nature Communications、 Advanced Science、Nucleic Acids Research等期刊上发表多篇论文。

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万扬

中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)

中国医学科学院血液病医院 (中国医学科学院血液学研究所) 儿童血液病诊疗中心,医学博士,主治医师。

天津市医疗健康学会第一届儿科专业委员会委员;天津市医师协会小儿外科医师分会第一届委员会委员;国家血液系统疾病队列研究-多中心儿童骨髓衰竭性疾病队列研究秘书。

主要研究方向:儿童骨髓衰竭性疾病发病机制与临床诊疗。

承担国家自然科学基金青年科学基金1项,第一作者发表SCI论文4篇。

编辑 | 子衿

审核丨石莉红、万扬

排版 | Cécilia

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关键词:
罕见病,研究者,DBA,科学院,IFN

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