前沿 医学

用基因疗法改造皮肤,拯救蝴蝶男孩

交界型大疱性表皮松解症 JEB 基因疗法

游识猷 发表于  2017-11-11 16:55

提示:本文有部分图片可能引起不适,阅读前请做好准备。

哈桑(Hassan)就要死了,他才7岁。

2015年6月,哈桑被送进了德国波鸿鲁尔大学(Ruhr University)附属儿童医院烧伤科,他看上去就像受过非人的虐待——整个人都是血红色,全身上下的皮肤几乎都是破损、水泡和感染。住院后不久,他失去了全身60%的皮肤。又过了几周,他失去了80%的皮肤。只有头部和左腿上还剩了点整块的皮肤。只有注射吗啡,才能略为缓解他的痛苦。

哈桑问他的父亲:“为什么我会得这种病?为什么我要过这样的生活?”

父亲无言以对。

phil_3265_loresedit.jpg被送进医院的哈桑。图片来源:参考文献[1]

纸一样皮肤的男孩

皮肤是人体最大的器官,它像空气一样缺少存在感,也像空气一样,一旦失去,就会让人发现它有多重要。失去了皮肤屏障,脆弱的肉身、敏感的神经,就会直接暴露在各种伤害之前。

最外层是表皮,然后是真皮,在表皮与真皮之间有一层“细胞外间质”,把表皮牢牢地“粘”在真皮之上。

细胞外间质中有一种蛋白,叫层黏连蛋白-332(laminin-332),编码这种蛋白的有两个基因,其中一个叫LAMB3基因,编码这个蛋白的β3亚基。

哈桑正是LAMB3基因出了问题。

在荧光显微镜下看,绿色的表皮与黑色的真皮之间,那层粉红色就是细胞外间质所在。图片来源:sciencelife.uchospitals.edu

2个微小的碱基突变,让哈桑的这种蛋白失去了作用,失去了“胶水”的表皮无法黏附在真皮上,也无法保护娇嫩的真皮。他的皮肤变得像纸一样脆弱。日常磕碰,甚至像穿衣这样的轻轻摩擦,都会让皮肤受伤,继而出现糜烂和水疱。那些普通人根本不会在意的微小划痕,在他身上都会变成一个个巨大伤口。

这种先天遗传病,叫交界型大疱性表皮松解症(JEB)。大概200万人里才会有一个人出现这种变异。患者只能减少活动,尽量穿宽松衣服,用绷带、手套等保护脆弱部位,每天清理伤口防止感染,服用大量止痛药……即使如此,他们的皮肤还是会反复破溃,好不容易愈合,又往往会留下瘢痕,导致手脚变形、手指并合、关节痉挛。由于皮肤长期处在慢性炎症状态,他们还容易得上皮肤癌。

phil_3265_loresedit.jpg患有大疱性表皮松解症的新生儿。图片来源:Medscape

回想一下你上次被纸割伤的痛楚,然后想象一下,如果你全身一半以上都是这种伤口,感觉会如何?

这就是JEB患者的日常生活。

每一天,战战兢兢,如履薄冰,任何一次大面积感染,都可能要了他们的命。

得了这种病的孩子, 40%没有活过青春期。这是一种不治之症。

而哈桑是其中一个。

从无计可施到基因疗法

托比亚斯•罗特弗特(Tobias Rothoeft)医生是治疗哈桑的烧伤科医生,他和同事们已经试过了所有办法:换敷料,用抗生素,插管灌食,每周输300ml红细胞,用人造皮肤,移植孩子父亲的皮肤……

但孩子的情况在不断恶化。

哈桑入院5周时,医生已经无计可施。各项指标越来越差,罗特弗特不得不找来哈桑的父亲,艰难地对他说,他们应该考虑把哈桑转去安宁照护了。

姑息治疗,可以让这孩子走得不那么痛苦。

当然,如果无论如何也要拼死一搏,那么确实还有一个办法。

医生们在医学期刊里查到过一个意大利团队9年前发表的论文。意大利科学家在两个JEB患者身上试了基因疗法,将皮肤细胞取出来,将正常的LAMB3基因转进去;然后把这些转基因皮肤细胞在体外培养成一块块“皮肤拼布”,再贴回去。那些转基因表皮细胞在8天里就成功长到了病人身上,后来逐渐成了正常皮肤。

phil_3265_loresedit.jpg意大利团队2006年在一个JEB患者右上臂小范围尝试了转基因皮肤移植。图片来源:参考文献[2]

这是个风险很大的办法。

一,这个实验疗法只在两个病人身上小范围试过,而哈桑需要换掉全身80%的皮肤,这是史无前例的。

二,被基因改造过的干细胞可能无法正常分化为皮肤。改造过的皮肤,移植后也可能会被哈桑的免疫系统排斥。

三,手术准备、移植过程漫长而痛苦,哈桑现在的身体状况未必撑得住,哈桑可能会经受更多痛苦,然后依然会死去。

但这确是最后也是唯一的希望。

哈桑父母说,好。

2015年7月,医院伦理审查委员会批准了这个实验治疗方案。8月,当地政府给出了许可。

基因治疗,正式启动。

意大利与德国的联合行动

“简单地说,没有你的上皮细胞,你活不下去。”米歇尔•德卢卡(Michele de Luca)说。

米歇尔·德卢卡,意大利基因治疗研究者,接到求助后,他赶往德国去救哈桑。图片来源:cbc.ca

德卢卡来自意大利的摩德纳与雷焦艾米利亚大学(University of Modena and Reggio Emilia),是那个基因疗法的创造者。但即使是他,也没有十足把握。

要不是哈桑别无选择,可能没人有勇气进行这样的治疗。

第一步,从哈桑的左腿内侧,取下一小块边长4厘米的、比较完好的皮肤。在体外培养他的皮肤细胞。

第二步,制造带有完好LAMB3基因的逆转录病毒。

第三步,将逆转录病毒加入皮肤细胞里,等着病毒将基因插入皮肤细胞的基因组内。然后这些细胞就会带着完好的LAMB3基因不断复制。

干细胞移植和基因治疗,最大的风险就在于导致癌症。逆转录病毒会把基因随机插回基因组里,如果破坏了一些抑癌基因,那么就可能把细胞变成癌细胞。而且这样的癌细胞还可能生长分裂极快,超过其他细胞,成为优势细胞。

为此,研究团队特地靠测序确定了插入的位点。他们发现,插入的地方有很多,至少27000多个。40%插在了基因组里的“垃圾段”,47%插入了不表达蛋白的基因里。幸运的是,没有一个破坏了已知的抑癌基因。另外,没有任何一种细胞长得特别快。

继续培养那些皮肤细胞,慢慢出现了三种细胞群:皮肤干细胞组成的“干细胞克隆”(holoclone),部分细胞分化的“部分分化克隆”(meroclone),所有细胞都终末分化的“终末分化克隆”(paraclones)。

这三种克隆都能在纤维蛋白基质上长成单层细胞。也都将被贴到哈桑身上。

最后,科学家培养皿里长出了许多“人皮拼图”,小的大概4厘米见方,大的大概8厘米见方,全部加起来,一共是0.85平方米的单层皮肤。

德国医生轻轻用镊子提起一片“皮肤细胞贴片”。这些浸泡在粉红色细胞培养液里、果冻一样的东西,就是长在纤维蛋白基质上的上皮细胞。图片来源:CMR Unimor

2015年10月,第一次手术。医生清理干净创面,把皮肤贴回了哈桑的四肢。为了保持完全静止以帮助皮肤生长,医生用了异氟烷,将哈桑连续麻醉了12天。

他撑了过来。

2015年11月,第二次手术。这次皮肤要被贴回躯干上的剩余部分,主要是背、臀部、左手和肩头。再次长期麻醉的风险太大,这次术后,哈桑没有被连续麻醉,他必须靠自己的意志力忍住。

他忍住了。

这个孩子虽然才7岁,却已经因为经历过的苦难而变得坚强。

第二次移植手术4天后,医生发现哈桑的背部有屎肠球菌感染。还好,新皮肤挺住了。

2016年1月,又做了一次手术修补,这次贴了肋部、喉部、右腿、右手和肩部。那里有表皮葡萄球菌感染。又一次,新皮肤挺住了。5周后,所有的“人皮拼图”终于各归其位,覆盖了哈桑80%的皮肤。

没有排异反应出现,免疫系统毫无反抗地接受了新皮肤。当然了,这些皮肤本来就是哈桑的一部分,现在只是经过了一些小小的改造而已。

哈桑的治疗过程示意图。图片来源:参考文献[3]

2016年2月,哈桑出院。他一共在ICU里呆了整整8个月。一度没有任何人相信,他能活着离开那里。但现在他痊愈了,带着80%的新皮肤。

而哈桑的父亲,也终于可以回答儿子那个问题——为什么我会得这种病?为什么我要过这样的生活?

因为有些孩子是只小蝴蝶,需要蜕一次皮,才能长大。

phil_3265_loresedit.jpg哈桑的转基因皮肤。图片来源:参考文献[1]

尾声

皮肤并不是一个静态的器官,它是不断复制,每个月全面更新的。

术后4个月、8个月、21个月,医生分别从哈桑身上取了三次皮肤组织做活检,每次都得出同一个结论:基因修改过的皮肤细胞,功能良好。那些新皮肤长出了汗毛与汗腺,有韧性,有弹性,和正常人的皮肤没什么两样。

科学家们表示满意,“我们做这些活检已经差不多够了,不能做个没完,他是个病人,不是小白鼠。”

phil_3265_loresedit.jpg左图,取活检的伤口正常愈合,没有像过去那样起一个大水疱。右图,即使揪起皮肤也不再担心弄伤哈桑。图片来源:参考文献[1]

科学家还发现一件很神奇的事。

在4个月时,也就是哈桑全身的皮肤细胞大概更新过4轮的时候,当初的27000多种插入位点,绝大部分消失了,只剩下了几百种插入位点。也就是说,绝大部分移植的细胞,虽然活了,却没有复制留下自己的后代。

从前科学家一直有个疑问,人体皮肤到底是所有细胞都能复制更新,还是少数皮肤干细胞负责更新全部皮肤?从现在哈桑的结果看,后一种猜想是对的,在全部皮肤细胞里,大概有5%是皮肤干细胞,它们负责复制、分化、更新所有的皮肤。哈桑小朋友,就这样帮科学家解决了一个难题。

至于哈桑的未来,德卢卡还是相当乐观的。从过往烧伤病人的皮肤移植病例来看,只要皮肤成活,预后都非常良好,有些烧伤病人已经跟踪随访了30年,没有大问题。他说:“我认为这些再生的上皮能用上一辈子。”

现在,9岁的哈桑过着一个正常孩子的生活,他不需要服用任何药物,也不用涂任何油膏。他上学,踢足球,跟小伙伴打闹,在阳光下奔跑,有时跌倒,但受伤的皮肤会正常痊愈。有时他会主动脱掉外衣,炫耀自己的新皮肤。

曾经会让他痛苦的碰触,他现在已经能大笑着接受。

这些都是他此前从未享受过的生活。

哈桑在踢足球。图片来源:bbc视频截图

德国医生和意大利科学家全力合作,救了一个小男孩——这真是一个科学故事所能有的最好结局。

而且他们还发了篇Nature。(编辑:odette)

参考文献

  1. Hirsch, T., Rothoeft, T., Teig, N., & De Rosa, L., et al. (2017). Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells. Nature. doi:10.1038/nature24487
  2. Mavilio, F., Pellegrini, G., Ferrari, S., &Capurro, S., et al. (2006). Correction of junctional epidermolysis bullosa by transplantation of genetically modified epidermal stem cells. Nature medicine, 12(12), 1397-1402. doi:10.1038/nm1504
  3. Aragona, M., &Blanpain, C. (2017). Gene therapy: Transgenic stem cells replace skin. Nature. doi:10.1038/nature24753

热门评论

  • 2017-11-11 19:28 AI油泳的鹰 勘查技术与工程专业,编程爱好者
    引用文章内容:而且他们还发了篇Nature。
    引用@我为果壳续一秒 的话:头像已经凉了三个月了吧,现在除了科学人也都凉了一个月了

    估计这次是打算借着开会的风,彻底放弃小组和问答了。

    毕竟在现在,公众号比论坛挣钱

    [12] 评论
  • 2017-11-11 18:56 Kallima
    引用@我为果壳续一秒 的话:这个有可能,引用现实也不是很正常,目前只有@馒头老妖 等极少数几个人还能发帖,问答彻底沦陷

    果壳的问题已经持续好久了吧,是不是已经放弃修复了……@姬十三

    [8] 评论
  • 2017-11-11 17:34 游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员
    引用@我为果壳续一秒 的话:这可真是个大工程,话说以后不会再次掉皮吗

    按现在的情形来看,转基因的部分不会掉皮了。 还有一些没有接受移植的地方仍然是旧皮肤,大概2-3% ,那里的皮肤还是一样脆弱。

    总体来说,已经比之前好很多了。

    [3] 评论

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全部评论(36)
  • 1楼
    2017-11-11 17:00 我为果壳续一秒

    这可真是个大工程,话说以后不会再次掉皮吗

    [0] 评论
  • 2楼
    2017-11-11 17:34 游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员
    引用@我为果壳续一秒 的话:这可真是个大工程,话说以后不会再次掉皮吗

    按现在的情形来看,转基因的部分不会掉皮了。 还有一些没有接受移植的地方仍然是旧皮肤,大概2-3% ,那里的皮肤还是一样脆弱。

    总体来说,已经比之前好很多了。

    [3] 评论
  • 3楼
    2017-11-11 18:06 我为果壳续一秒
    引用@游识猷 的话:按现在的情形来看,转基因的部分不会掉皮了。 还有一些没有接受移植的地方仍然是旧皮肤,大概2-3% ,那里的皮肤还是一样脆弱。总体来说,已经比之前好很多了。

    那就好

    话说为什么只能回复科学人了

    [2] 评论
  • 4楼
    2017-11-11 18:53 Kallima
    引用@我为果壳续一秒 的话:那就好话说为什么只能回复科学人了

    果壳的系统大概已经挂掉了……好像问答也不能提问题了

    [2] 评论
  • 5楼
    2017-11-11 18:54 我为果壳续一秒
    引用@Kallima 的话:果壳的系统大概已经挂掉了……好像问答也不能提问题了

    这个有可能,引用现实也不是很正常,目前只有@馒头老妖 等极少数几个人还能发帖,问答彻底沦陷

    [0] 评论
  • 6楼
    2017-11-11 18:56 Kallima
    引用@我为果壳续一秒 的话:这个有可能,引用现实也不是很正常,目前只有@馒头老妖 等极少数几个人还能发帖,问答彻底沦陷

    果壳的问题已经持续好久了吧,是不是已经放弃修复了……@姬十三

    [8] 评论
  • 7楼
    2017-11-11 18:57 我为果壳续一秒
    引用@Kallima 的话:果壳的问题已经持续好久了吧,是不是已经放弃修复了……@姬十三

    头像已经凉了三个月了吧,现在除了科学人也都凉了一个月了

    [0] 评论
  • 8楼
    2017-11-11 19:28 AI油泳的鹰 勘查技术与工程专业,编程爱好者
    引用文章内容:而且他们还发了篇Nature。
    引用@我为果壳续一秒 的话:头像已经凉了三个月了吧,现在除了科学人也都凉了一个月了

    估计这次是打算借着开会的风,彻底放弃小组和问答了。

    毕竟在现在,公众号比论坛挣钱

    [12] 评论
  • 9楼
    2017-11-11 19:29 我为果壳续一秒
    引用@AI油泳的鹰 的话:估计这次是打算借着开会的风,彻底放弃小组和问答了。毕竟在现在,公众号比论坛挣钱

    那么怎么办?转战某度?

    [1] 评论
  • 10楼
    2017-11-11 19:31 地球上的裸猿

    而且他们还发了篇Nature。

    [0] 评论
  • 11楼
    2017-11-11 19:32 地球上的裸猿

    这是一个不错的尝试,

    这是一个不错的开端。

    [1] 评论
  • 12楼
    2017-11-12 08:27 Schlarger

    居然能评论,好感动。话说这孩子的基因缺陷是不是意味着他的后代也有大概率出问题呢

    [0] 评论
  • 13楼
    2017-11-12 09:13 游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员
    引用@Schlarger 的话:居然能评论,好感动。话说这孩子的基因缺陷是不是意味着他的后代也有大概率出问题呢

    他是纯合子才出问题,如果伴侣没有携带这个缺陷基因的话,后代应该没事,当然,这个致病基因会被传下去。不过如果用第三代试管婴儿技术,那么可以筛选没有携带这个致病基因的胚胎。


    [2] 评论
  • 14楼
    2017-11-12 10:09 Schlarger
    引用@游识猷 的话:他是纯合子才出问题,如果伴侣没有携带这个缺陷基因的话,后代应该没事,当然,这个致病基因会被传下去。不过如果用第三代试管婴儿技术,那么可以筛选没有携带这个致病基因的胚胎。

    明白了。那么,如果第三代是自然受孕的话,有办法在妊娠早期识别吗?

    [0] 评论
  • 15楼
    2017-11-12 12:13 天降龙虾
    引用文章内容:他们发现,插入的地方有很多,至少27000多个。40%插在了基因组里的“垃圾段”,47%插入了不表达蛋白的基因里。幸运的是,没有一个破坏了已知的抑癌基因。另外,没有任何一种细胞长得特别快。

    现在的基因编辑技术还是太粗放了啊,这基本是在撞大运嘛。。。。也是这娃运气好,新皮肤没被免疫系统排斥。。

    [1] 评论
  • 16楼
    2017-11-13 12:57 爱抚

    拒绝转基因!

    /doge

    [1] 评论
  • 17楼
    2017-11-13 13:17 ykokia

    转基因技术多棒

    [0] 评论
  • 18楼
    2017-11-13 13:31 果尼玛
    引用@AI油泳的鹰 的话:估计这次是打算借着开会的风,彻底放弃小组和问答了。毕竟在现在,公众号比论坛挣钱

    如果真是放弃,这种不了了之的方式也太熬人了吧~~~

    一句解释没有,就这样晾着大伙儿


    [0] 评论
  • 19楼
    2017-11-13 15:09 Florence1122

    好感动。发现竟然能回复,更感动了。

    [1] 评论
  • 20楼
    2017-11-13 15:19 梦里行

    能回复的吗?稀有啊!

    [1] 评论
  • 21楼
    2017-11-13 15:34 Systern32

    好疼!好疼!好疼!

    看着就好疼,如果是我,大概是没有勇气来面对这个的,我选择狗带。

    [0] 评论
  • 22楼
    2017-11-13 17:10 企鹅骑士队长

    不是基因治疗救了他,也不是意大利与德国的联合行动救了他。

    是医院伦理审查委员会和当地政府的许可救了他。

    让一些危重病人参与医学实验需要巨大的公信力作为后盾,这正是我们所缺乏的。

    [2] 评论
  • 23楼
    2017-11-13 17:21 驭龙氏
    引用@游识猷 的话:按现在的情形来看,转基因的部分不会掉皮了。 还有一些没有接受移植的地方仍然是旧皮肤,大概2-3% ,那里的皮肤还是一样脆弱。总体来说,已经比之前好很多了。

    果壳首页终于更新东西了,我都以为你们弃坑了呢……

    [0] 评论
  • 24楼
    2017-11-13 23:21 字符与标点 [0] 评论
  • 25楼
    2017-11-14 19:20 卖口张 化学学士,摄影爱好者,果壳实验室成员
    引用@Kallima 的话:果壳的问题已经持续好久了吧,是不是已经放弃修复了……@姬十三

    不是放弃修复,是发帖的人少了

    [0] 评论
  • 26楼
    2017-11-14 19:42 汉尼拔wang

    我每天都看科学人,都更新的呀

    [0] 评论
  • 27楼
    2017-11-14 21:26 游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员
    引用@Schlarger 的话:明白了。那么,如果第三代是自然受孕的话,有办法在妊娠早期识别吗?

    可以。胎儿的细胞会进入孕妇外周血。怀孕12周就可以抽血查胎儿基因了。

    [0] 评论
  • 28楼
    2017-11-15 09:11 幼发拉底

    想起一个电影《吾栖之肤》

    [0] 评论
  • 29楼
    2017-11-15 09:43 hi文艺小清新

    看到好了,终于放心,否则内心无法承受一个小孩如此可怜

    [1] 评论
  • 30楼
    2017-11-15 09:46 火小魔_52588

    这个技术能不能用来治疗白癜风?

    [0] 评论

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游识猷 遗传学硕士,科学松鼠会成员

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