寻找答案

一个单一的突变就判决了亨廷顿舞蹈症的死刑。研究人员正在确定该突变如何破坏神经元——这些知识可能提示治疗方法

杯子砰地一声掉到地板上。这是警报信号吗?还是前几天忘记了他姐姐的电话号码,尽管他经常给她打电话?还是上周末发生的事件,当时他突然冒出一连串的诅咒,并紧跟着刚刚超车的司机?

对于其他人来说,这些事件可能看起来只是简单的笨拙、健忘或压力过大引起的过度反应,但对于48岁的货运代理马丁来说,可能意味着灾难。多年来,他一直敏锐地观察自己和他的兄弟姐妹。任何小小的失误都可能构成不祥之兆。但在最近一连串的不幸事件之后,他再也无法忍受这种不确定性了。他去做了血液检查。三天后,马丁从小就害怕的事情被证实为可怕的真相:他患有遗传突变,这种突变夺走了他母亲、叔叔和祖父的生命。

亨廷顿舞蹈症在100多年前就被认为是一种遗传性疾病,但导致它的突变直到1993年才被发现。很快就设计出了一种血液样本DNA测试,以揭示一个人是否携带异常基因,这种基因会导致大脑的渐进性破坏,使肌肉和精神功能瘫痪。从那时起,每个父母或其他亲属患有这种疾病的男人或女人都面临着一个令人烦恼的选择:他们应该接受测试吗?阳性结果是一种诅咒——这种疾病会导致必然的死亡,因为目前尚无治愈方法。不知道可能更容易;大多数人在中年时才开始出现症状,而且病情发展可能非常缓慢。然而,令人烦恼的怀疑可能会渗透到生活的每一个角落,就像马丁那样。


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当然,一种治愈方法,甚至是可以减缓疾病的治疗方法,将大大缓解紧张局势,并延长美国3万名已被诊断出患有亨廷顿舞蹈症的人的寿命。研究人员正在确定基因突变究竟如何破坏神经元内部的细胞机制,这些知识可能有助于指出迄今为止仍然难以捉摸的疗法的方向。

致命的知识
亨廷顿舞蹈症测试如此确定,是因为该疾病是由单个基因引起的——4号染色体上的huntingtin基因(基因的名称与疾病的名称拼写不同)。通常,该基因包含几组DNA构建块:胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤,缩写为CAG。这组序列驱动huntingtin蛋白的产生。CAG序列在该基因中出现的次数越多,huntingtin蛋白中的谷氨酰胺(一种氨基酸)就越多。在健康基因中,CAG序列可能出现多达28次。但如果它出现超过35到40次,huntingtin蛋白中的谷氨酰胺链就会变得过长并引起麻烦[参见第74页的方框]。CAG组的数量越大,链越长,疾病发生的时间就越早,病情也越严重。

对于马丁来说,基因测试证实了他可怕的怀疑。但他决定看看自己能做些什么,并前往德国波鸿鲁尔大学的北莱茵-威斯特法伦亨廷顿中心寻求咨询。该中心为600多名亨廷顿舞蹈症患者及其家人提供服务。“我接受我的命运是一个事实,”马丁告诉他的咨询师,然后问道,“我现在能做些什么来帮助我以后?” 团队讨论了该疾病可能发展的各种方式。

过度产生CAG序列的基因突变是从单亲遗传的。因此,如果父母一方患有该基因,则子女有50%的机会患上致病形式的基因。波鸿的治疗师首先追溯了马丁家族的遗传模式。“我的祖母跳到了火车前面,我认为她知道自己在做什么,”马丁指出,暗示她知道自己注定要倒霉。“而且祖母的父亲在年老时变得非常奇怪。” 马丁的母亲也显然患有亨廷顿舞蹈症,尽管在她生前没有明确的基因诊断。

马丁和他的妹妹苏珊娜最终鼓起勇气接受了测试,因为他们再也无法忍受这种不确定性——并且因为他们想计划余生和事业。苏珊娜也携带缺陷基因。他们的兄弟姐妹选择不了解他们即将死亡的可能性。

今天,在杯子掉落和忘记电话号码的那个周末两年后,马丁开始出现最初可证实的症状:手臂和腿部突然抽搐。苏珊娜一直没有问题,但她不禁想知道,她以前从未注意到的关于自己的一些无害行为是否是未来困难的预兆。疾病症状通常在携带者35至45岁时开始出现,但即使在近亲中,发病和病程也可能存在显着差异。没有人愿意想到马丁10岁的儿子可能已经成为受害者——而治疗他的儿科医生希望相信,男孩的疼痛、肌肉无力和轻微的协调问题是其他原因造成的。但在经历了六年的疾病和马丁的诊断后,这个男孩接受了测试。的确,他患有儿童期亨廷顿舞蹈症,这是一种罕见疾病,由极度延长的huntingtin基因引起。

不可阻挡的进展
亨廷顿舞蹈症在被赋予其明确名称之前的几个世纪就已为人所知。在中世纪,当时被称为“舞蹈病”的受害者前往德国乌尔姆朝圣,在圣维特教堂祈祷,这导致了该疾病的名称,圣维特之舞。第一个将该疾病识别为遗传性疾病的是年轻的美国神经病学家乔治·亨廷顿,时间是1872年。他和他的父亲一起追踪了纽约市郊外长岛一个家庭的病例,并能够将它们与链球菌感染引起的舞蹈病小舞蹈病区分开来,后者的症状相似。今天,美国大约每10000人中就有一人患有亨廷顿舞蹈症。

赋予该疾病原始名称的症状是“舞蹈”动作——肢体的夸张运动,这是该疾病最常见和最引人注目的影响。一开始,患者试图将这些抽搐和痉挛伪装成耸肩,或试图将它们转化为有意的动作,例如伸展运动。但渐渐地,他们的肌肉失去了控制。他们受到突然的面部扭曲的困扰,说话和吞咽变得越来越困难。在后期,动作变得缓慢;肌肉收缩增加导致肢体疼痛的扭曲,可持续数分钟或数小时。

典型的精神症状通常在身体问题出现前几十年就已出现。该疾病会导致反复的情绪低落爆发,但接受阳性检测结果的患者也可能因对即将到来的毁灭的了解而陷入情绪波动。亲属通常会注意到性格变化——患者可能会变得偏执,用毫无根据的嫉妒来压迫周围的人,或者对微不足道的意见分歧做出异常 агрессивный 反应。随着疾病的进展,他们可能会对小问题纠缠数天或数周,给家人带来负担并破坏他们的社会关系。患者的认知能力也会下降;他们的记忆力减退,并且发现越来越难以集中注意力。这些问题发展为严重的痴呆症和完全的无助。即使在疾病早期,不断加剧的精神崩溃也可能对一个人的个人和职业生活产生灾难性影响,自杀企图也并不少见。

沟通障碍
一直在努力更好地定义导致亨廷顿舞蹈症肌肉和精神挑战的机制的研究人员必须首先弄清楚为什么该疾病会在如此不同的年龄段发作。他们发现,除了huntingtin基因突变外,其他遗传因素也起着重要作用。例如,大脑中神经元受体与谷氨酸结合的容易程度可能存在很大差异,谷氨酸充当信使分子,促进神经元之间信息的传递。患者拥有的受体蛋白类型有助于确定疾病何时会发生。

尽管亨廷顿舞蹈症很罕见,但它已成为定义包括帕金森病和阿尔茨海默病在内的神经退行性疾病如何损害大脑的焦点。自从huntingtin基因被发现以来的13年中,科学家们已经了解了很多关于导致神经元破坏的机制。由于huntingtin蛋白是亨廷顿舞蹈症病例中恶化的唯一原因,因此它为调查提供了一条不受其他复杂因素干扰的途径。

Huntingtin蛋白本身并不是“坏”蛋白。它似乎在哺乳动物的胚胎发育中起着核心作用。但随着携带突变基因的人类年龄增长,过度延长的蛋白质显然会与其他对细胞生存至关重要的蛋白质结合,从而损害它们的功能。

受影响的蛋白质包括转录调节因子——确保准确读取遗传信息的蛋白质。如果huntingtin蛋白与细胞内的转录调节因子结合,其遗传活性就会受到干扰,细胞对蛋白质合成的控制就会崩溃。一些无法合成的蛋白质负责从突触(神经元之间发生通讯的间隙)中去除神经递质(信使分子),例如谷氨酸。如果突触中残留过多的谷氨酸,相邻的神经元就会持续兴奋;过度活跃最终会损害细胞。这种现象被称为兴奋性毒性,已在实验动物中得到证实。

越来越多的证据表明,huntingtin蛋白比以前认为的更深入地参与神经元过程。一种称为huntingtin相互作用蛋白1 (HIP-1) 的蛋白质有助于神经元细胞内信使分子的分泌和再摄取。延长的huntingtin蛋白链无法正确结合HIP-1,从而引发一系列酶反应,启动细胞凋亡:程序性细胞死亡。神经元被驱使自杀。

另一种理论基于对延长基因导致huntingtin蛋白错误折叠的观察。错误折叠的蛋白质随后会破坏神经元的代谢。证据表明,线粒体(细胞的“发电厂”)中呼吸链的几个步骤不再正常运作。这种由此产生的能量短缺最终会杀死细胞。

寻找治愈方法
到目前为止,研究人员对于改变这种致命的细胞破坏几乎没有提出任何想法。各种药物治疗仅影响亨廷顿舞蹈症的症状。例如,一些神经科医生开神经阻滞剂来治疗肌肉收缩。这些药物可能会产生限制患者活动能力的不幸副作用。其他医生可能会用抗抑郁药、镇静剂或抗精神病神经阻滞剂来治疗患者的心理问题。不幸的是,目前尚无治疗精神能力丧失的方法——这种预后比即将到来的肌肉挑战更让马丁感到害怕。

全球各地的几个实验室正在寻找可以延缓甚至阻止神经元破坏的药物。其中一组物质是谷氨酸拮抗剂,它们调节谷氨酸的分泌。一种化合物利鲁唑已被证明对另一种严重的、快速进展的神经系统疾病——肌萎缩侧索硬化症或卢伽雷病有效。该药物目前正在欧洲范围内针对450名亨廷顿舞蹈症患者进行临床试验。

科学家们也对米诺环素(一种抗生素)抱有希望。2003年,哈佛医学院的罗伯特·M·弗里德兰德表明,在患有亨廷顿舞蹈症的小鼠中,米诺环素可以抑制引发神经元自杀的酶的作用。

其他物质或许可以阻止错误折叠的huntingtin蛋白的聚集,这会加剧神经元死亡。2004年,日本理化学研究所脑科学研究所的研究人员用海藻糖(一种由多种沙漠植物产生的糖)抑制了小鼠体内蛋白质的聚集,从而延缓了疾病的发作。

医生们也在探索体内产生的物质,例如辅酶Q和肌酸。辅酶Q在人体中普遍存在,是一种抗氧化剂,可以捕获氧自由基,并可能限制huntingtin蛋白造成的损害。肌酸在肝脏和肾脏中产生,可以改善肌肉和脑细胞中的能量储存。在这两种情况下,动物实验都取得了成功,但尚无令人信服的人体疗效证据。

研究人员也在测试基因疗法。2005年,爱荷华大学的贝弗利·L·戴维森和斯科特·Q·哈珀抑制了小鼠体内突变huntingtin基因的作用。该团队将RNA片段注射到动物的大脑中,这些RNA片段精确地模拟了突变huntingtin蛋白的遗传指令,从而阻止了其合成。啮齿动物产生的致病huntingtin蛋白减少了。

干细胞可以提供帮助。2000年,法国克雷泰伊亨利·蒙多尔大学医院的安妮-凯瑟琳·巴库-莱维将来自流产胎儿的神经元干细胞植入亨廷顿舞蹈症患者的大脑中,以观察它们是否可以取代被破坏的细胞。两年后,南佛罗里达大学的罗伯特·A·豪泽进行了类似的尝试。在两项试验中,一些患者对治疗有反应,但另一些患者患有脑出血,导致病情恶化。所有患者都必须服用额外的药物来阻止对异体细胞的免疫反应。

今天,马丁没有任何药物可以阻止他的疾病无情地发展。但以前从未有如此多的新治疗方法正在研究中。来自欧洲和美国的科学家正在准备进行更大规模的研究,许多受害者以及其他尚未进行血液测试但因其家族史而面临风险的人都准备参与。在他们的帮助下,像马丁这样的患者仍然抱有最终找到解决方案的希望。

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