又是CRISPR！Science：這次是發現導致小兒先天性心臟病的致命突變

我國是世界上出生缺陷高發國家之一，每年的出生缺陷兒數量約佔全世界的20％。其中，小兒先天性心臟病（簡稱「先心病」）發生率為0.4%～1%，即1000名新生兒中就有4至10人患有先天性心臟畸形或缺損。且根據流行病學調查，我國先天性心臟病患兒每年新增15萬至20萬。

新生命的降臨本應給家庭帶來歡樂和希望，但先天性心臟病的患兒家庭卻只能沉浸在無邊的痛苦之中。目前，醫學界關於這一疾病的確切致病原因仍不清楚。子宮內存在廣泛的結構性問題，其致病根源難以解析、又或者是懷孕期間的一次感染、也可能是某一單個基因的突變都會導致成為這一疾病的致病原因。

最近，發表在《Science》雜誌上的一項研究帶來了好消息。來自格萊斯頓研究所（Gladstone Institutes）和美國加利福尼亞大學舊金山分校（UCSF）的科學家利用CRISPR基因編輯技術對完整家族的基因組進行測序，發現小兒先天性心臟病可能是由父母三種微妙變異基因的組合而引起的。

DOI: 10.1126/science.aat5056

該論文第一作者、來自格萊斯頓研究所的科學家Casey Gifford博士說到：「科學界對於多種遺傳基因變異組合導致複雜疾病發生的懷疑已經存在了很長時間，但證明它很難實現。隨著CRISPR基因組編輯的出現和人類多能幹細胞技術的改進，我們認為，只要找到合適的案例就能用正確的工具來檢驗這一假設。」

Casey Gifford博士（左）和Deepak Srivastava博士(右） 圖片來源：Gladstone

合適的案例終於出現了！

這是Casey Gifford博士首次遇到受到小兒先天性心臟病反覆折磨的一個家庭。其中正在接受治療的是這個家庭的第三個孩子，她才出生不足兩個月，便被宣布由於左心室緻密化不全而患有左心室細胞未完全成熟的小兒先天性心臟病。

然而她並不是這個家庭唯一的患者，她的4歲的姐姐也與她有著相同的境況，甚至還有一位未出世的兄弟姐妹也因為先天心臟缺陷而胎死腹中。

但讓人覺得不可思議的是，在對父母雙方的心臟進行測試後，研究人員得知父親患有較溫和的成人發病型心臟病，而母親的心臟正常。

基因組合或許成為致病原因？

論文主要作者、格萊斯頓研究所幹細胞中心的主任Deepak Srivastava博士提出了一個驚人的懷疑：「鑒於兒童疾病的嚴重程度以及其中一位家長患有無癥狀的這一事實，我們懷疑兒童的病情是由母親和父親的基因組合引起的。」

為了驗證這一猜想，研究人員對該家族的全基因組進行了測序，發現父親在MKL2和MYH7這兩個基因中發生了突變，使他處於患心臟病的風險。而在這種情況下，只有一個MKL2和MYH7的副本發生了突變，導致數百個氨基酸中的一個發生了變化。儘管母親的心臟是正常的，但基因組測序顯示，她在NKX2-5基因上也有一個突變，進一步改變了一個氨基酸的表達。

DOI: 10.1126/science.aat5056

遺憾的是，這三個孩子不僅從父母親那裡繼承了這三種基因突變，還共享了許多其他共同的遺傳變異。

所以，是否只改變這三個基因中的一個副本就足以引起疾病？為了驗證這一問題，研究人員使用小鼠模型進行了進一步的驗證。

識別遺傳修飾因子或成為新療法的靶標

Srivastava博士及其團隊使用CRISPR基因組編輯技術，在小鼠的每個基因的一個拷貝上創建了完全相同的突變。研究結果發現，只攜帶父親的MKL2和MYH7突變或只攜帶母親NKX2-突變的小鼠並沒有表現出任何心臟病的跡象。

但同時三種突變的小鼠卻能顯示出患病兒童中所觀察到的心臟缺陷。相似地，這三種基因組合不僅損害了小鼠的心臟的結構和功能，而且還改變了其心臟和冠狀動脈血管發育所必需的數百種其他基因的表達。

「我們的研究結果表明，遺傳自母親的基因加劇了父親基因引起的問題，導致兒童患心臟病的形式更為嚴重。」 Casey Gifford博士對此解釋道。

DOI: 10.1126/science.aat5056

最後，研究人員從每個家庭成員中產生誘導性多能幹細胞，然後將這些幹細胞誘導轉化為心臟跳動細胞。研究發現，來自孩子的細胞攜帶了所有這三種突變，顯示出疾病的跡象，而父母的細胞沒有。研究人員表示，該研究還回答了一個重要問題，即使具有相同基因突變的人也能患有不同形式的疾病。

Srivastava博士感慨道：「這項工作最終提供了實驗證據，證明了遺傳修飾是如何起作用並影響人類的疾病過程，以及多個基因如何協同作用導致人類疾病。同時，這一研究也指出了一種方法，可以根據這一結果來引導基因做出更特別的突變，以識別疾病的遺傳修飾因子並將其用作開發為新療法的靶標。」

End

參考資料：

[1] Oligogenic inheritance of a human heart disease involving a genetic modifier

[2] Combination of three gene mutations results in deadly human heart disease

[3] Three genes kind the 『recipe』 for kids born with extreme heart defects, scientists discover

本文系生物探索原創，歡迎個人轉發分享。其他任何媒體、網站如需轉載，須在正文前註明來源生物探索。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！