丹尼尔(Daniel)的腿和肚子肿得像吸了水的海绵,肺部全是液体,难以呼吸,全靠一个氧气瓶活着。医学神迹!
“他的情况越来越糟。”费城儿童医院(CHOP)儿童肺科专家兼应用基因组学中心(Center for Applied Genomics)主任Hakon Hakonarson说,“已经没有任何治疗选择了,只能等死。”
带着罕见遗传病出生 多种疗法效果不佳
丹尼尔一出生就带着一种罕见、复杂的遗传病——中枢传导淋巴异常(central conducting lymphatic anomaly, CCLA)。
在很小的时候,丹尼尔还参加过足球比赛,并在25分钟内跑了5公里。直到10岁的时候,这种疾病才开始显现——他的腿突然肿胀,呼吸困难,无法运动。
丹尼尔家附近的一家医院诊断出他心脏周围有淋巴液积聚,虽然治疗排出了淋巴积液,但一直有积液往外渗漏。这次治疗就像是修补一只破船,虽然倒出了船里的水,却没有堵上漏水的窟窿。
12岁那年,家人带着丹尼尔转诊到了费城儿童医院。
转到费城儿童医院后,丹尼尔接受了姑息治疗,包括淋巴管的烙术/烧灼术,免疫抑制药物治疗。丹尼尔用的药物是西罗莫司(sirolimus)也称为雷帕霉素(rapamycin),可以帮助一些淋巴类疾病的患者。但是药物并不是万能的,时间一长,西罗莫司对丹尼尔不再有效。最后费城儿童医院的姑息治疗也收效甚微,而医生采取的其他种种“权宜之计”也只能暂时维持他的生命。
就在费城儿童医院医生Hakon Hakonarson认为丹尼尔只有“等死”的时候,他们发现了疾病的根源。
医生发现疾病根源 改变治疗计划
Hakonarson和他的同事发现了丹尼尔疾病中的基因突变,这种突变会导致淋巴管疯狂增殖并将液体泄漏到肺部和其他器官中。
鉴于其他疗法都没有任何希望,Hakonarson和他的同事开始猜测,往基因突入手可能是丹尼尔活下来的唯一希望。
事不宜迟,他们立即对丹尼尔的基因进行了测序,包括产生蛋白质的基因组——外显子组,以及与淋巴异常相关的十几个基因,结果发现只有X染色体上的一个名为ARAF的基因显示不正常。
ARAF基因会产生一种叫做激酶的酶,可以将一种分子添加到细胞的蛋白质中。但是一旦过量就会导致细胞疯狂地增殖而癌变,或者确切地以丹尼尔的例子来说,会使他的淋巴管像攀缘植物一样从一堆常春藤中疯长出来。
丹尼尔的父母都没有这种基因突变,因为这种基因突变是随机的,在还是几天大的胚胎中就可以出现,只能说丹尼尔的运气不好。
然而,ARAF突变之前从未被发现与淋巴疾病有关。为了证明这一点,Hakonarson想到了已经成为无数遗传学、发育和疾病研究的首选实验动物——半透明的斑马鱼。
每一种基因突变都引领着一条通往疾病的不同生物途径。只有针对正确途径的药物才能阻止疾病的发展,就像封锁入侵军队前进的道路一样,可以阻止敌军的围攻。
由此,Hakonarson已经想好了一个新的治疗计划。
利用斑马鱼试验十种药物 奇迹出现了
Hakonarson的计划是:将这种基因突变通过基因工程改造进斑马鱼体内,等斑马鱼形成和丹尼尔相同的病症时,在斑马鱼身上测试多种药物,如果能发现其中一种药物可以阻止淋巴管的生长,并且该药物能获得联邦卫生部门的许可,那么就可以在儿童患者身上进行尝试。
按照计划,五天内,斑马鱼就长成了淋巴系统。“这也是为什么斑马鱼可以用于试验的重要原因,”领导这部分研究的费城儿童医院Christoph Seiler说,“它们成长得特别快。”随着斑马鱼的ARAF突变,1/4英寸长的斑马鱼的淋巴管像丹尼尔的一样疯长。
Hakonarson表示,这就“证明这种基因突变会导致淋巴管过度生长”。
他们分别给了一组ARAF突变的斑马鱼10种不同药物。“只要将药物放入水中,然后这些斑马鱼就能吸收药物。”Seiler说,“不需要像用老鼠做实验,要一只只进行注射那么麻烦。”
10种药物都是MEK抑制剂,这种抑制剂完全符合丹尼尔ARAF突变的生物途径。
给药之后,医生们迫不及待地查看效果。
连查了其中的9种药物,都没有效果,终于他们发现了“胜利者”——trametinib,一种商品名为Mekinist的黑色素瘤药物。
虽然医生可以为FDA批准之外的适应症开同种药物,但Hakonarson不愿意这样做。他说:“我们不想冒险给孩子服用可能有毒的成人药物,即便外界专家认为这种药物潜在的好处远大于风险。”
经FDA批准,费城儿童医院团队给丹尼尔开了 trametinib。
奇迹出现了。
用药两个月内,丹尼尔的呼吸得到改善。服药三个月时,他肺部的液体已经消退,不再需要另外补充氧气,双腿的肿胀也消失了。核磁共振显示他的淋巴管已重塑成接近正常的状态。
据STAT报道,这是一种药物首次重塑整个器官系统。
“一项研究可能失败上千次,才成功一次。”Seiler说,“但是在斑马鱼身上测试所显示的结果能够直接用回临床诊疗中,这简直太给力了。”
现在14岁的丹尼尔可以打篮球,骑自行车,还帮助教练练足球。
仅靠斑马鱼的试验效果治病 到底靠不靠谱
Hakonarson及其同事进行的这项研究于7月1日发表在《自然·医学》( Nature Medicine )杂志上。
一些没有参与的研究人员表示,将遗传技术应用于淋巴疾病是令人信服的案例,可能每4000名新生儿中有1个患这种疾病。
“我认为这种方法绝对可以在临床上使用。”德克萨斯州儿童医院(Texas Children’s Hospital)的医学遗传学家V. Reid Sutton说,“这表明我们应该进行这种基因检测,确定这种疾病所在生物途径中的位置,并尝试找到针对它的药物。”德克萨斯儿童医院每年治疗约50名患有淋巴异常的儿童。
但是其他一些同样没有参与该研究的专家告诫说,一项研究成功有启发性,但不能证明,外显子组测序和靶向治疗有助于罕见淋巴异常的患者。
“这是第一篇将ARAF与血管畸形联系起来并证明MEK抑制可能有效的论文。”波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)医学遗传学家马特·沃曼(Matt Warman)说,“这很重要,因为一些临床医生目前正在使用MEK抑制剂治疗由基因突变引起的其他血管畸形患者。”
德克萨斯儿童医院的Sutton认为,丹尼尔的案例主张的是现有药物的临床试验,这些药物与淋巴异常患者的精确基因相匹配。2018年法国科学家发现,诺华公司的乳腺癌药物alpelisib(Piqray)拯救了19名血管畸形患者,类似于丹尼尔的病。
参考资料:STAT:The boy was dying. Zebrafish helped save his life