科學發現：得知將患不治之症後，她決定自救，和丈夫找到革命性新療法

埃裏克（左）與索尼婭（右）在他們位於馬薩諸塞州劍橋市的博德研究所研究朊病毒疾病的實驗室裏。攝影：伊森·希爾（Ethan Hill）
朊病毒病作為一類發病速度極快的神經退行性疾病，不僅難以確診，而且沒有特效藥，患者發病數月後就會死亡。得知自己極有可能在未來患上朊病毒病後，本文作者索尼婭和丈夫放棄之前的工作，轉行進入生物研究領域。經過多年研究，他們提出了一種針對朊病毒基因的新療法，希望能夠阻止朊病毒病的發作。
2011年10月9日，索尼婭獲悉她的朊蛋白基因很可能存在一種罕見的核糖核酸突變。這種突變會讓她年輕時就患上朊病毒病（prion disease），導致大腦功能紊亂，並且很快就會死去。
通常情況下，我們的大腦中存在一種名為朊蛋白（PrP）的蛋白質，當其正常構象轉變成異常構象時，朊蛋白就變為朊病毒，引起朊病毒疾病。而當朊病毒接觸到正常構象的PrP蛋白，也會使正常蛋白構象扭曲變成朊病毒。接著，這種錯誤折疊的蛋白質會如水流般擴散到整個大腦，其殺死腦細胞的速度超過了其他任何已知的神經退行性疾病。
到了2011年底，我們確認索尼婭確實遺傳了這種可怕的突變。從那時起，我和她就有了一項新任務：治療這種基因突變帶來的可怕疾病。一旦能完成任務，就意味著索尼婭和其他患者的大腦能在幾年或幾十年間，甚至一輩子都保持健康和完整的大腦功能。而任務失敗則意味著在她最好的年華裏，索尼婭可能一夜之間就會被疾病擊倒。在出現明顯症狀的幾周內，她將遭受毀滅性的腦損傷。
朊病毒疾病中，朊蛋白是唯一的病發因素，因此我們希望通過現有的技術減少大腦中PrP蛋白的數量，從而消耗朊病毒傳播所需的原料。但麻煩的是朊病毒病進展太快，因此我們想要贏得這場戰鬥，最好的辦法就是在疾病發展之前采取行動。過去8年中，我們為藥物研發付出了大量努力，因為一種有潛力預防疾病的藥物，不僅要具備延緩疾病進展的能力，還要能長久地維持大腦健康。
改變生活的一年
在得知索尼婭可能會患病前的幾個月，我們已經目睹了朊病毒病在她母親卡姆尼（Kamni）身上發病的整個過程。
2010年2月，卡姆尼的身體狀況良好而且大腦認知功能也沒問題，僅因視力模糊去做過眼科檢查。而到了3月17日，當索尼婭打電話祝媽媽52歲生日快樂時，卡姆尼連一句話都說不完整了。到5月份，她隻能通過舌頭發出聲音來進行交流，且有超過一半的時間認不出家人，也會忘記自己已經失去行走能力。到了6月，她開始依賴輪椅生活，並多次住院治療。她仍然可以用眼神交流，但開始害怕觸摸。7月，她已經不能說話、吃飯，也不能坐起來，她的臉上寫滿了痛苦。因為在床上不斷地掙紮，為了防止她拔出喂養管和結腸造瘺管，護士隻好將她的手腳束縛在醫院病床上，此時她除了恐懼已經沒什麽其他感覺。到了8月份，她隻能一直依靠氣管插管和呼吸機輔助通氣，發不出聲音並且一動不動。然而直到這時，醫生仍然無法確診她患的是什麽疾病。
那年12月，卡姆尼去世了，我們竟然感受到了一種解脫感，我從未想過這種感覺會和親人聯係到一起。卡姆尼死後，我們逐漸地試圖把這件傷心的事情拋在腦後，但其實最糟糕的事離我們僅一步之遙。
2011年10月，索尼婭的父親告訴了她一條完全改變我們生活的消息。屍檢顯示，卡姆尼的患上的疾病是致死性家族性失眠症，這是一種遺傳型朊病毒病。卡姆尼的朊蛋白基因上有缺陷，因此索尼婭有50%的患病風險。到2011年底，我們得知索尼婭確實從她母親那裏遺傳了朊蛋白基因突變，這意味著她幾乎肯定也會患上朊病毒病，而她當時才27歲。
我們立刻決定將畢生精力投入到尋找治療朊病毒病的方法上。我們進入夜校學習生物學，放棄了律師和工程領域的職業，謀取了一個研究性實驗室的入門職位，並於2014年進入哈佛大學醫學院攻讀博士學位。現在我們在美國馬薩諸塞州劍橋市的博德研究所運行著一個朊病毒研究實驗室。毫無疑問，如果僅僅隻是為了讓索尼婭在朊病毒引起的嚴重癡呆症狀態下，從存活6個月延長到12個月，我們根本不需要這樣做。我們的目標自始至終都是讓索尼婭的大腦在未來多年或幾十年保持健康，如果可能的話，我們希望索尼婭的大腦能永遠健康。為此，我們需要預防朊病毒病的發生。
致命的畸形蛋白
朊病毒病有多種表現形式，如克雅氏病（CJD，克羅伊茨費爾特-雅各布病）、致死性家族性失眠症和牛海綿狀腦病（BSE，即“瘋牛病”）等。1982年，神經學家斯坦利·B·普魯西納（Stanley B. Prusiner）發現這些疾病都是由單一蛋白引起，而這個蛋白就是朊病毒。這一發現讓他獲得了1997年諾貝爾生理學或醫學獎。而這種僅由PrP蛋白構象改變引起的疾病就統稱朊病毒病。
大多數朊病毒病是隨機發生的，這一類也被稱為散發型。而除了散發型朊病毒病，還有大約15%的病例是由編碼朊蛋白的基因突變導致的遺傳型朊病毒病。出於我們尚未完全掌握的原因，這些突變使得朊蛋白更容易發生錯誤折疊。擁有兩個正常朊蛋白基因拷貝的人，一生中朊蛋白自發產生畸形的可能性約為五千分之一，而具有卡姆尼那種朊蛋白基因突變的人，患朊病毒病的風險超過90%。
朊蛋白基因位於人類20號染色體的短臂上。它由1.5萬個堿基對組成，其中762個堿基對負責編碼朊蛋白——它的最終形式是由208個氨基酸組成的肽鏈。大多數引起遺傳型朊病毒病的突變往往隻是朊蛋白基因中出現單個堿基的改變，由此導致朊蛋白分子中一個氨基酸產生變化。而也有部分情況是朊蛋白基因中的八肽重複區擴張，導致出現一個更長的朊蛋白。
在正常構象下，朊蛋白中大約一半長度的肽鏈由“α螺旋”構成有序狀態，這種螺旋結構普遍存在於蛋白質中。在這有序部分的末端，朊蛋白通過一個糖基錨將它附著在細胞膜的外表麵，這裏也是它天然的“棲息地”。朊蛋白的另一半肽鏈是無序的，像一條鬆弛的尾巴懸掛在細胞外表麵，穿插在細胞間隙中。
盡管研究人員並不完全了解朊病毒的結構，但我們確實知道錯誤折疊的朊蛋白通常由更多的“β折疊”和較少的“α螺旋”組成。在錯誤折疊時，朊蛋白更能抵抗蛋白酶的降解。這個錯誤折疊的朊蛋白之所以成為朊病毒或感染性蛋白質顆粒，是因為它可以作為模板來連接正常形態的朊蛋白，並促使它們出現錯誤折疊。朊病毒的級聯放大效應會在大腦中擴散，從而形成纖維絲和聚集體，並通過目前尚不清楚的機製殺死神經細胞。
另外，朊病毒有不同的毒株，而各毒株具有不同的特性。更為複雜的是，每種毒株事實上可能由一係列不同錯誤折疊的朊蛋白所組成，即一種朊病毒毒株的構成是可變化的。當我們討論朊病毒感染時，我們會發現這就像一個遺傳背景多樣化的細菌群體，當感染環境發生變化時，某些個體會占優勢從而顯現出來。
為了治療朊病毒病，研究人員會傾向於尋找減少細胞中朊病毒數量的化合物。然而由於朊病毒毒株構成的可變性，這種單一藥物治療策略往往注定是失敗的。
消耗疾病原料
由於朊病毒以指數級的速度複製，甚至在症狀出現之前，數十億的朊病毒就已經填充了大腦，一旦它們開始殺死腦細胞，殺傷速率會變得非常快。因此，臨床試驗需要篩查出有“早期症狀”的患者，但在早期篩查出這種疾病是非常困難的。但患者到了如卡姆尼那樣不能說話的階段時，就算病情進展能被阻止，藥物治療對已經出現的腦損傷也已無能為力了。
為此我們需要開發一種新的藥物：這些藥物不僅能延緩疾病進展，而且能讓大腦維持更長時間的健康狀態。
但由於發病年齡的差別很大並且患者人數較少，追蹤遺傳型朊病毒病患者到其發病幾乎是不可行的。此外，我們和同行對朊病毒病的風險人群進行的追蹤研究，沒有發現朊病毒病患者會出現可檢測的病理進展性標記分子。事實上，在出現癡呆症狀之前，朊病毒病幾乎都無法檢測：它不像是你能聽到貨運列車駛近的隆隆聲，由遠至近；更像是你抬頭看到了小行星撞擊，瞬間就發生了。
索尼婭、埃裏克和他們的女兒道魯卡（Daruka）
這時，我們如何證明一種藥物可以拯救索尼婭的生命？事實上在我們開始探索這個問題時，答案就已經擺在我們麵前，它就存在於改變我們生活的基因檢測報告中。我們已經知道導致朊病毒病的隻有一種基因和一種蛋白，所以解決之道就是在朊蛋白出現折疊錯誤之前，靶向這些可能會出錯的正常朊蛋白。
如果我們能降低大腦中朊蛋白的產量，那麽我們就可以延緩疾病的發生。例如，如果小鼠大腦隻產生一半的朊蛋白，相比於產生正常朊蛋白量的小鼠，它們在被同樣數量的朊病毒感染後，顯現出朊病毒病症的時間延長了一倍以上。這是因為在周邊朊蛋白較少的情況下，朊病毒複製所需的時間要長很多。幸運的是，朊蛋白似乎對大腦行使正常功能並不重要。“敲除”了朊蛋白基因的小鼠、山羊和奶牛看起來是健康的，同時隻擁有單拷貝朊蛋白基因活性的人也同樣健康。
如此看來，我們能利用反義寡核苷酸（ASOs）靶向大腦中的朊蛋白，降低其含量。所謂反義寡核苷酸就是短的、經過化學修飾的核苷酸序列，這些序列可以靶向目標脫氧核糖核酸分子並觸發其降解，從而阻止生成相應的蛋白。最近，位於加利福尼亞州卡爾斯巴德的伊奧尼斯製藥公司（Ionis Pharmaceuticals）已經開發出反義寡核苷酸試劑，並發現了向人的中樞神經係統給藥的方法。通過和伊奧尼斯合作，我們在過去5年中發現，使用反義寡核苷酸可以降低大腦中朊蛋白的水平，從而使被朊病毒感染的小鼠健康存活更久。
根據這些臨床前實驗結果，再加上我們收集的臨床、基因和其他數據以及啟動的臨床試驗注冊，我們已經說服了伊奧尼斯公司著手開發一種基於反義寡核苷酸的藥物來治療朊病毒病。我們的目標是在未來幾年進行首例人體試驗。這是首次有行業領軍企業決定開發一種合理的、靶向朊病毒病的療法。
如果最終能證明，通過反義寡核苷酸降低朊蛋白可以幫助有症狀的朊病毒病患者，我們會非常興奮。但我們還需要找到一種方法，使這種藥物讓潛在的朊病毒病患者受益，即使它隻能起預防作用。我們認為脊髓液中朊蛋白的濃度可以作為藥效的生物標誌物，也能作為衡量藥物是否具有預期效果的分子指標。也就是說，我們建議治療那些仍然健康的潛在患者，並通過檢測脊髓液中朊蛋白濃度是否降低來判斷治療是否有效。
在2017年的一次會議上，我們向美國食品藥品監督管理局的官員提交了這一計劃，他們對我們提出的治療朊病毒病的預防性方法表現出極大的熱情。過去兩年中，我們學會了如何精確定量脊髓液中的朊蛋白，並收集證據證明它來自中樞神經係統。我們還知道朊蛋白的水平在相當長的時間內能保持足夠穩定，因此如果藥物治療有效的話，我們就可以檢測到脊髓液中朊蛋白濃度的下降。
對於朊病毒病，我們可能別無選擇。但這同時意味著我們有機會開辟一條以預防疾病為目標的道路。盡管現代神經科學取得了巨大的進步，但每個人的大腦都保持著無法用語言表述的、不可知的複雜性，它是由1000億個神經元相互聯係所組成的網絡，對於這個網絡，我們尚不能理解、不能修複，也不可能用其它東西取代。如果你要問，能為自己、你的親人和伴侶的大腦健康做些什麽，你可能會發現你的答案和我們的一樣：預防大腦疾病的發生。
撰文：索尼婭·米尼克爾·瓦拉布、埃裏克·瓦拉布·米尼克爾
翻譯：祝岸凱 張哲 師潤 高振興
審校：李朝陽，廣州醫科大學附屬腫瘤醫院教授，呼吸疾病國家重點實驗室成員。
文章來源：環球科學


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