發(fā)布日期：2018-06-11
20世紀(jì)70年代末，一名情況不明的高血紅蛋白水平（hemoglobin level，Hb）的男子被送到了挪威Namsos醫(yī)院，隨后該男子的四位家庭成員也被診斷出患有此病。作為這個家庭的治療醫(yī)生，Kjell Kanelønning徹底檢查了患者及其家人，但始終未發(fā)現(xiàn)病因。直到35年后CRISPR技術(shù)的出現(xiàn)，這種家族性血液疾病的病因才最終被破解。
Dr. Anders Waage (left) and Dr. Anders Sundan, both with the Norwegian University of Science and Technology, played a critical role in understanding how a Norwegian family could have such high hemoglobin levels. Credit: NTNU
“正常的Hb值在12.5到17之間（即每100毫升血液中血紅蛋白的克數(shù)），而患有這種疾病的人Hb值在20左右。這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了興奮劑的限制（服用興奮劑的主要判斷指標(biāo)為血液中血紅蛋白含量的升高）。”挪威科技大學(xué)臨床與分子醫(yī)學(xué)系教授Anders Waage介紹到。
Waage也是一名醫(yī)生， 90年代初，當(dāng)他在St. Olavs醫(yī)院見到這個來自Trøndelag縣的家庭時，便決定介入到這個故事中。通過檢測，Waage發(fā)現(xiàn)，患者家庭成員既未吸毒也未生病，且有一半的家庭成員出生時就有這種情況。
之后，更多的研究人員開始對這個病例感興趣，其中包括奧斯陸大學(xué)醫(yī)院的Bernt Ly。1983年，他和kanelloning等人寫了一篇關(guān)于這一現(xiàn)象的科學(xué)文章。Waage回憶道：“現(xiàn)在看來，他們當(dāng)時跟蹤的所有線索都是死路一條，根本無法檢查出任何東西。”
隨著時間一點(diǎn)點(diǎn)的流逝，Waage接連下令進(jìn)行新的測試和調(diào)查，但都沒有找到線索。研究人員開始不斷質(zhì)問自己接下來將會發(fā)生什么。
恰逢當(dāng)時，一名芬蘭滑雪者出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中，他在世錦賽和奧運(yùn)會上都獲得了幾塊金牌。測試顯示他的血紅蛋白水平為22，當(dāng)時這一現(xiàn)象只能用興奮劑來解釋。但是，當(dāng)芬蘭醫(yī)生對滑雪者的其他家庭成員進(jìn)行檢查時，他們發(fā)現(xiàn)其中30多人的Hb水平均超過20。
到90年代末，醫(yī)學(xué)方法有所改進(jìn)后，研究人員發(fā)現(xiàn)，芬蘭家庭中的促紅細(xì)胞生成素（EPO） 激素受體有一種先天突變，導(dǎo)致該受體一直處于興奮狀態(tài)（盡管EPO并不與受體結(jié)合）。這導(dǎo)致紅細(xì)胞過度產(chǎn)生，血液中Hb含量增加。至此，科學(xué)家們證實這種情況是先天性的，并將其稱為家族性紅細(xì)胞增多癥。盡管具有同樣的高Hb結(jié)果，但顯然，這不是由注入血液興奮劑而導(dǎo)致的。
對Waage來說，芬蘭家庭的研究意味著，挪威Trøndelag的家庭可能最終找到了謎底。“我們可以用與芬蘭人一樣的方法，1998年，一篇碩士論文寫了這個案例。這名學(xué)生觀察了挪威家庭中的EPO受體，以確定其突變是否與芬蘭家庭相似。”他說。
“但答案是否定的。學(xué)生什么也沒發(fā)現(xiàn)，我們又回到了原地。”這項研究的共同負(fù)責(zé)人Anders Sundan說。
Waage和Sundan承認(rèn)，當(dāng)時他們感到有點(diǎn)泄氣了。由于這對家庭來說并未產(chǎn)生很大的影響，因此沒有人再去努力推動這項研究。加之當(dāng)時也沒有新的方法，研究人員除了等待好像也并沒有其他解決方法了。
01.一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)
時間推至2004年，Waage參加了歐洲血液學(xué)協(xié)會（European Hematology Association）年會。在那里，他聽取了巴塞爾大學(xué)的Radek C. Skoda教授的發(fā)言。隨后，Waage與Skoda取得聯(lián)系，討論了Trøndelag的家庭問題。Skoda對這一現(xiàn)象很感興趣，他們進(jìn)行了接觸。在接下來的幾年里，他們收集了更多的信息，并交換了新的數(shù)據(jù)和觀點(diǎn)。
隨著新千年的第一個十年里方法、測試和分析工具的不斷改進(jìn)，2008年，這項研究終于有了突破。研究人員發(fā)現(xiàn)：在所有受血紅蛋白水平增加影響的家庭成員中，基因組的有限區(qū)域是相同的。這個區(qū)域包含215個被測序的基因。讓所有人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)了EPO基因的突變。Hb值高的家庭成員都有突變，而Hb值正常的家庭成員沒有突變。這項發(fā)現(xiàn)指出了EPO本身的一個錯誤。
02.想要更多
在這一發(fā)現(xiàn)之后，該項目又中斷了一段時間。“我們本可以滿足于找到導(dǎo)致這種情況的突變，即EPO基因的突變是家族性紅細(xì)胞增多癥的原因。這樣的新發(fā)現(xiàn)本身就很有趣了，但仍有一個懸而未決的問題在困擾我們。”研究人員指出。
他們預(yù)計，這種突變可能會導(dǎo)致功能受損。那么這一切是怎么聯(lián)系在一起的呢？這也是他們要繼續(xù)解釋的。一個可能的答案或許正在慢慢成熟，但由于缺乏方法，回答這一問題仍并不容易。
03.福音來臨
2016年，Waage收到了Skoda博士的電子郵件，信中說他做了大量分子工作且取得了很好的成果。隨著CRISPR基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，研究人員可以自由剪切和粘貼DNA片段并創(chuàng)建新的基因序列了。
研究小組做的第一件事就是將突變插入一個產(chǎn)生EPO的細(xì)胞中——果然，當(dāng)突變插入時，細(xì)胞產(chǎn)生的EPO是原來的10倍，當(dāng)EPO含量增加時，紅細(xì)胞生成增加，血紅蛋白值升高。最終，他們找到了正確的突變。
04.好奇心驅(qū)使
Waage說：“35年來，這項研究一直受到好奇心的驅(qū)使。四代受影響的家庭成員增加了Hb升高或正常的人的數(shù)量，使找到與突變之間的聯(lián)系更容易。但最重要的是，這一時期技術(shù)的巨大進(jìn)步使我們有可能證明突變確實導(dǎo)致了Hb水平的升高。”
05.獨(dú)特的家庭之稀有生物
那么，這樣的研究在超出這類家庭之外到底有何意義呢？顯然，這一發(fā)現(xiàn)具有轉(zhuǎn)移價值，有助于解釋其他疾病的相應(yīng)突變變化。“這是自相矛盾的，在這種病因下，一個堿基的丟失卻導(dǎo)致了產(chǎn)量的增加。”Waage說。
“25年后，我們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這種情況的突變；35年后，我們可以解釋為什么這種突變會導(dǎo)致紅細(xì)胞生成增加。這一路上，我們遇到了一位芬蘭滑雪者，加速了我們尋找答案的步伐。這是一次坎坷而有趣的旅程，所幸最終獲得了回報。” Waage說，“至此，Trøndelag血液之謎也正式宣布告破。”
以上成果以“A Gain-of-Function Mutation in EPO in Familial Erythrocytosis”為題，發(fā)表在頂級醫(yī)學(xué)期刊New England Journal of Medicine雜志上。
06.影響健康？
對于受影響的家庭成員來說，這種突變不會導(dǎo)致疾病，但可能會引發(fā)一種常見的頭痛癥狀，而該癥狀可通過傳統(tǒng)的放血進(jìn)行治療。一旦過量的血液被清除，他們就會感覺良好。
那么他們的體質(zhì)怎么樣呢？讓科研人員感到奇怪的是，出生時Hb水平就高的患者與通過興奮劑使Hb水平升高的人是不同的。毫無疑問，用額外的EPO增加Hb水平對于提高健康水平是非常有效的。但是，出生時就擁有高水平EPO和 Hb的人并沒有獲得額外的健康促進(jìn)效果。
參考資料：
1）Family blood mystery solved
2）A Gain-of-Function Mutation in EPO in Familial Erythrocytosis
來源：生物探索
