小鱼儿玄机2站 > 小鱼儿玄机2站 > 一文了解罕见病,PAL酶法生物治疗

原标题:一文了解罕见病,PAL酶法生物治疗

浏览次数:79 时间:2019-09-07

PAL酶法生物治疗:苯丙酮尿症的希望

干货 | 靠谱 | 实用

如今,一群不食人间烟火的孩子——苯丙酮尿症患儿引起社会越来越多的关注。此前,青海省呼吁将苯丙酮尿症纳入医保,黑龙江省也决定将苯丙酮尿症纳入城乡居民基本医疗保险门诊特殊治疗管理范围。

图片 1

苯丙酮尿症为常染色体隐性遗传疾病,也是一种常见的氨基酸遗传代谢障碍疾病。目前,我国苯丙酮尿症发病率约为1/16500,患儿数量超10万人。据报道,此病在儿童3岁前没有症状,但3岁后会出现个子矮小、智力低下的症状。

是什么

苯丙酮尿症是新生儿体内因为苯丙氨酸羟化酶基因突变缺失,不能消除体内血液中有毒害作用的Phe分子,使得积聚的Phe不能够像正常婴儿那样转化为酪氨酸,从而导致患儿高Phe血症,于是Phe及其酮酸蓄积并从尿中大量排出。

苯丙酮尿症是一种氨基酸代谢异常的罕见常染色体隐性遗传病。

患儿通常出生时正常,但在3~6月龄时开始出现症状,早期可能出现神经行为异常,如兴奋、多动或嗜睡,继而可表现为明显的智能发育滞后,严重者出现肌张力低下惊厥等。此外,还可能伴有色素减少、皮肤干燥、尿液呈现特殊的鼠尿臭味。

根据突变基因的不同分为经典型苯丙酮尿症(突变基因为PAH基因)和非经典型苯丙酮尿症(突变基因为BH4基因),在我国,经典型苯丙酮尿症患者约占患者总数的绝大部分,在90%左右,非经典型苯丙酮尿症患者约占患者总数的10%左右。

其原因就是血液中高水平的Phe导致脑部损害;如果不及早筛查苯丙酮尿症,对筛查出的患儿及时治疗,将会给家庭和社会带来一系列问题,不利于我国人口构成的优生优育。

发病原因

PAL酶法生物治疗引关注

主要在于体内苯丙氨酸轻化酶的活性降低或者丧失从而导致苯丙氨酸不能有效的转化为酪氨酸参与生物代谢,体内大量的苯丙氨酸蓄积形成高苯丙氨酸血症,过量的苯丙氨酸及其代谢物苯丙酮酸、苯乙酸、苯乳酸随尿液排出故称为苯丙酮尿症。

苯丙酮尿症传统的治疗方法是采用膳食疗法,即患儿摄入含有很低量或者无L-Phe存在的特制米和奶粉,一般一个患儿每月的膳食费用2000元,这无疑给家庭带来了沉重的经济负担。当前,一个较饮食疗法更积极有效的替代疗法—PAL酶法生物治疗法,成为中外医药学工作者关注的课题。

临床表现

苯丙氨酸解氨酶广泛存在于植物和某些微生物,以及少数简单原核微生物有机体内,PAL可生物催化Phe非氧化脱氨,生成肉桂酸和氨。由于迄今未在真细菌和哺乳动物体内发现PAL的存在,这就提示可以借助某些微生物的高活力高产率PAL酶制剂,促成生物催化Phe脱除氨基,生成无毒性肉桂酸和氨,建立起PAL酶法生物治疗苯丙酮尿症的新疗法。

患有新生儿苯丙酮尿症的婴儿,在刚刚出生时与正常的婴儿并没有太大的差别。只是可能有些苯丙酮尿症病儿会出现喂养困难、睡眠不安等情况,难以和新生儿苯丙酮尿症联系起来。如果没有进行新生儿疾病筛查,导致苯丙酮尿症患儿没被及时发现和治疗,那么几个月后孩子的智力发育就会落后于同月龄的孩子,头发颜色上也会出现由黑变黄的情况,皮肤会变白,体液会有鼠尿臭,另外也会伴有湿疹的症状。随着年龄的增长,智力低下会表现得愈发明显。

过去20多年来,国内外生命科学家开展了对微生物,特别是红酵母PAL广泛的基础及应用研究,其中就包括在研究开发PAL生物催化前沿技术治疗苯丙酮尿症上的不懈探索进取,目前到了临门一脚的关键时刻。

图片 2

前期科研人员开展了关于PAL控制苯丙酮尿症患儿体内L-Phe水平的研究,包括剂型给药途径、临床酶法检验、安全性评价等一系列研究;药理动物模型试验也证明该PAL生物催化降低L-Phe水平的有效性。

PKU患者如未及时治疗,将由于过量的苯丙氨酸及其代谢产物的神经毒性作用而导致严重的智力障碍、精神发育迟滞和继发性癫痫等。PKU的发病率有种族和地区差异,我国约为1/11144。

1999年春,美国和加拿大一个合作研究团队在美国顶级科学期刊《国家科学院院刊》上发表论文称,加拿大已研制出一个经由插入PAL酶基因到细菌中,可以大量产生PAL的方法,包括该菌的大规模培养、分离细胞物,以及大规模地分离纯化制PAL酶制剂的工艺过程。

如何遗传

同期,北京协和医院刘敬忠等人也用植物材料欧芹为PAL基因供体,用大肠杆菌表达系统构建成功PAL基因工程菌。还有科学家利用乳酸乳球菌为基因工程菌,用欧芹PALcDNA通过电穿孔法转化乳酸乳球菌,表达出了PAL活性,但活力不高。这也表明国内已经开始启动对PAL/PKU酶法治疗项目研究。

只有父母双方都携带缺陷基因并传递给孩子时,孩子才会遗传到PKU。这种遗传模式被称为常染色体隐性遗传。如果父母一方为携带者,即携带导致PKU的缺陷基因但并不患病,那么孩子没有遗传患病的风险,但可能同样是携带者。大多数情况下,PKU患儿的父母双方均为缺陷基因携带者,只是并不知情。

PAL酶稳定性进一步增强

图片 3

笔者实验室团队从1988年起,在国家自然科学基金项目资助下,着手微生物PAL酶及生物技术研究。笔者团队从滇西芒果园采集的土壤样品中,借助富集培养/理化诱变/拮抗平板选择等育种技术,选育出高PAL活性的红酵母属菌种CIBASA1401。分离选育的该红酵母菌种具有独特的PAL特性,部分酶学性质研究表明,该 PAL酶活力,在无任何防腐剂和保护剂存在下,4摄氏度保存一周,剩余酶活95%;两周63%,零下20摄氏度两周82%;该PAL酶在60摄氏度保温1小时后酶活性几乎完全丧失,但是该PAL酶在50摄氏度以下,尤其是最适反应温度以及更低温度下,都有较高的稳定性。

苯丙酮尿症常染色体隐性遗传模式(图片来源:Wikipedia)

株系能够借助其PAL逆向催化合成L-Phe的能力,在国内首次成功用于百吨级工业规模生产L-Phe产品,结束了我国长期不能生产Phe的历史,填补国内空白。自然,这就联想到利用该红酵母具有的高PAL活性、高稳定性特征。借助该红酵母菌种CIBAS A1401用于开发PAL/PKU 项目是合乎逻辑的发展,自主创新条件成熟。

诊 断

近年应用重组红冬孢酵母的PAL,经由PEG化学修饰,获得的PAL衍生制剂,经动物模型口服各种PAL剂型,结果表明大部分高低剂量实验组,均能够有效降低血液Phe水平60%。这就表明利用来自红冬孢酵母和绿藻的PAL化学衍生制剂,经由口服非哺乳类酶蛋白治疗PKU有效。

基因检测是PKU的首选确诊方法。当患儿因新生儿筛查或临床症状被怀疑为PKU时,应首先考虑进行基因检测。早期诊断和早期治疗有利于防止神经系统的损伤。

由此可见,应用PAL作为候选生化药酶制剂治疗PKU,是因为PAL酶法对Phe解氨过程不需要辅因子;虽然对PAL蛋白酶解和免疫原性是该酶法替代治疗的障碍,但是这么些年经过学术界的努力,已经一一得以解决。目前美国一家公司已经在加利福尼亚州选定社区签约开展临床试验。

产前诊断是预防患儿出生的主要手段。对有先证者(先证者是指在对某个遗传性状进行家系调查时,其家系中第一个被确诊的那个人)的PKU家系,对先证者进行明确的基因诊断后,可联合应用PAH基因序列分析和STR分析两种方法进行产前诊断,提高产前诊断率。

最后,笔者呼吁奋斗在我国生命科学及生命工程前沿阵地的年轻一代科技工作者,面对我国10万之众的PKU患儿,努力拼搏,创新出我国特色的PAL酶法生物治疗PKU,解除压在千万个家庭身上沉重得不可言状的负担,正所谓“生物催化显神威,力克顽疾好前景”。

关于PAH基因

(作者系中国科学院成都生物研究所研究员)

1983年,PAH基因被成功分离、克隆。PAH基因定位于染色体12q22-q24.1,由13个外显子和12个内含子组成,编码区全长90kb,编码含有452个氨基酸残基的酶单体,单体聚合成有功能的PAH,参与苯丙氨酸代谢。任何一种突变都有可能导致PAH结构的改变,从而导致苯丙氨酸轻化酶活性的改变,影响苯丙氨酸的代谢过程。迄今已经发现苯丙氨酸羟化酶基因一千余种突变,国内报道的有100多种。

《中国科学报》 (2018-07-26 第6版 前沿)

PAH基因的特点

突变种类多样、突变位置分布不均匀、在地区和种族上存在异质性。

产前诊断常用的方法有两种方式,但都是侵入性的,可能会损伤胎儿。孕9-13+6周时一般采用绒毛膜穿刺术,孕17-30周时多用羊膜腔穿刺术。

就在前一阵,郑大一附院遗传与产前诊断中心孔祥东教授团队与北京贝瑞和康生物技术有限公司合作研究,通过无创方法对有PKU生育风险的孕妇进行了产前诊断。通过采集孕妇血样,获得并检测胎儿的DNA。这避免了侵入性产前检查带来相关的流产风险,也可以在妊娠早期进行检测。

研究中,孔祥东教授团队首次利用cSMART技术对18个PKU家系进行了回顾性无创产前检测,与侵入性产前诊断结果完全吻合。这也是国际首创的苯丙酮尿症无创产前诊断获得成功。

治疗进展

PKU可以通过饮食治疗,自从1953年德国Bickel医生首次应用低苯丙氨酸饮食疗法治疗PKU获得成功以来,迄今该疗法仍然是治疗PKU的最有效方法。

目前主要治疗方案

终生严格限制蛋白质摄入,因为蛋白质食物中含有苯丙氨酸。

终生服用PKU配方,即一种特殊的营养补充剂,以确保获得足够的必需蛋白质和营养摄入。

如果被确诊为苯丙酮尿症,需要在饮食上注意严格控制,严格避免大量蛋白质的摄入。而单靠饮食控制终究不是长久之计,患者的依从性会变差,幸福感缺失。

近日,药物研究方面也有了新进展。美国食品与药物管理局授予了一次性候选基因疗法HMI-102治疗PKU成人患者的快速通道资格认定。

关于HMI-102

临床试验pheNIx是首个PKU基因疗法的临床试验,是一项非盲、随机、同步对照、剂量递增的研究,旨在评估HMI-102治疗18-55岁成人PKU患者的安全性和有效性。

HMI-102利用专有人造血干细胞衍生的腺相关病毒载体将PAH基因的功能拷贝递送到缺失或存在突变PAH基因的肝细胞。

新药临床研究申请时的数据显示,HMI-102治疗可以恢复一种PKU模型的Phe代谢通路途径,使血液苯丙氨酸水平正常化,增加神经递质产生。Phe减少是PKU注册试验已经确立的临床终点。我们期待早日听到这款药物效果的好消息。

PKU是少数几种可治疗的罕见单基因遗传病。而基因检测是PKU唯一有效的产前诊断措施,可通过基因检测对新生儿进行筛查发现PKU患者,及时治疗,以减轻患儿的病情。但PKU患儿需进行长期治疗,给家庭和社会带来沉重的经济负担及精神压力,通过基因诊断,父母可以决定是否生育PKU患儿。

参考来源:

http//doi:10.16282/j.cnki.cn11-9336/r.2019.02.146

http//doi:10.3969/j.issn.1004-7115.2018.04.029

将于今年10月11-13日召开的第二届上海国际癌症大会,已经邀请了王红阳、詹启敏、林东昕、谭蔚泓、邵峰、宋尔卫、吕志民、李进、江泽飞、苏冰、李党生、René Bernards、Warren Leonard等70余位国内外一流专家。欢迎大家来参会!

(大会设有合作单位展示区,还剩少量展位招募赞助,有意者请联系会务组)

本文由小鱼儿玄机2站发布于小鱼儿玄机2站,转载请注明出处:一文了解罕见病,PAL酶法生物治疗

关键词:

上一篇:可平衡热岛效应,日本商讨称树木比草地更拉动

下一篇:没有了