击败遗传病:他们让患儿再次站立

克赖纳教授和本内特博士共同研发的基因疗法,可以解决脊髓性肌萎缩症带来的瘫痪和早夭。而这也是FDA在这种病症上批准的第一种也是唯一一种药物。

每次回想2014年的夏天,女儿艾玛·拉尔森(Emma Larson)刚被确诊患有脊髓性肌萎缩症(Spinal Muscular AtrophySMA)时,戴安娜·拉尔森(Dianne Larson)的感觉就像跌入深渊。在疾病的威胁下,戴安娜根本不会想到,艾玛会在接下来的5年里能奇迹般的恢复健康。也不会想到,在5年后,她会和丈夫一起出现在2019年科学突破奖(BreakThrough Prize)的颁奖典礼上,向创造这个奇迹的阿德里安·R·克赖纳(Adrian R. Krainer)教授和弗兰克·本内特(Frank Bennett)博士表达自己的感谢和敬意。

2013年的深冬时节,室外的寒风吹得室外的树干直摇晃,街上的人也戴着口罩,免得凌冽的空气直接把脸都冻僵。住在美国纽约州长岛的戴安娜只好让她半岁的女儿艾玛在家里玩。邻居的孩子都开始慢慢学着往前爬时,艾玛却有些反常,她连把腿弯起来,用手臂支撑前身都做不到,有时连抬头都显得有些困难。戴安娜隐约觉得孩子生病了,她得带着艾玛去医院看看。

没想到,来来回回折腾了半年时间,也没有什么进展。直到2014年的7月做了基因检测,艾玛才被确诊为脊髓性肌萎缩症。戴安娜听到这个消息的时候都惊呆了,她的丈夫也在医生的言语间感受到了绝望。“这种疾病目前并没有好的疗法,也没有对症的药,是婴儿致死率最高的疾病,”医生说。

这时的拉尔森夫妇才知道,在全世界范围内,每600010 000名新生儿中,就可能出现一例脊髓性肌萎缩症,如果病症出现得特别早,婴儿极有可能早夭。患者会出现肌肉无力,身体瘫软的现象。逐渐地,依靠肌肉才能正常发力的骨骼也开始扭曲变形。主要由肌纤维组成的心脏也会表现出衰竭等现象。但凡与肌肉组织有关的生理活动,都会在患上这种疾病以后,出现各种不同程度的功能失调。医生在确诊艾玛患上了脊髓性肌萎缩症时,特意说明了她属于SMA-2型:一般是在半岁到一岁之间发病,大部分患者会失去独坐的能力,能够活上数十年,但只能依靠轮椅生活。

事实上,根据现有对脊髓性肌萎缩症的分类,一共有四种。首先是SMA-1型,这也是最常见的一种类型,多数患病的婴儿可能在半岁以内就出现病症,其中超过四分之三的患者会在两岁以内去世。其次是SMA-2型,也就是艾玛患病的类型。再次是SMA-3型,这种病人已经很少,一般会在一岁以后三岁以前出现病症,疾病的程度比较重但比2型稍好。最后则是SMA-4型,患者占比不到总数的1%,这种患者一般在成年后才出现病症,肌肉会出现萎缩或无力的现象,而他们的寿命似乎并不会受到明显的影响。然而,在实际应用中,医生还会划分出一种叫做SMA-0型的分类,患者在出生时就已经表现出病症,要通过呼吸支持系统才能勉强维持生存。虽然这种特殊的种类极其凶险,好在发病率并不高。

一拍即合

对于脊髓性肌萎缩症的焦虑,不止患者的父母才有,作为医药公司Ionis创始人之一的弗兰克·本内特也觉得这件事不可理喻。他有检索疾病研究进展的习惯,同时也会关注医疗方案的进展。当他看到关于脊髓性肌萎缩症的医疗方案时直摇头:如果患者无法独坐,则提供轮椅或坐立辅助设备;如果患者已经出现呼吸或者吞咽困难,需要直接提供呼吸支持系统。这些方案只能提供最粗浅的手段应对表面症状,在真正解决疾病时体现的无力感让人有些绝望。

在持续跟进的过程中,本内特在学术期刊《自然·结构生物学》(Nature Structural Biology)上发现了一篇非常有意思的文章。文章中提到了一种人工合成的RNA样分子,如果用于人类,或许可以从根源上解决脊髓性肌萎缩症。于是他迫不及待地和文章的作者、美国冷泉港实验室的分子生物学家克赖纳教授联系。这时才2004年,距离那篇文章发表不到一年时间。

初次见到克赖纳教授时,本内特心里其实已经非常看好他们的合作。本内特的性格外向,喜欢主动整合各种资源推进自己的项目。克赖纳则非常稳健,他贴耳的络腮胡和沉稳的面相透露着典型精英知识分子的气息,他的自律和毅力基本毋庸置疑。于是他们一拍即合,开始分工协作,希望快速把这种极具潜力的成果转化为有实际用途的药物。

克赖纳的气质看起来有家族的学术传统,但实际上,他的父辈当时生活在两次世界大战间反犹太浪潮下的东欧。作为犹太家庭他们不得不逃离生活多年的罗马尼亚,在1930年左右搬迁到南美的乌拉圭。他和他的哥哥都是家里有机会接触高等教育的第一代,而在上大学以前,他也很少有机会读到最前沿的科学研究。那些在高中时能读到书都非常滞后,只能讲讲经典的遗传学和演化学。对遗传和基因的兴趣,又让他无意在乌拉圭求学,所以只有把眼光投向了美国的哥伦比亚大学。本科毕业后,他在哈佛大学获得了博士学位,这也为后续的研究生涯做好了充足的准备。

在那时的乌拉圭,几乎没人这么做,他就像一个先行的探险者。有意思的是,这种探险精神基本延续到了日后所有的研究工作中。在进入专业的科研领域以来,他的关注点基本集中在RNA剪接(RNA splicing)机制,这种专注无疑让他发现了很多前沿的科学问题。当然,其中也包括通过理解基因剪接的机制,寻找解决脊髓性肌萎缩症的方案。

拯救运动神经元

实际上,20世纪初期以来,逐渐有医生开始系统性地记录这类疾病,可惜的是,在随后的上百年中,人们只能看着患者逐渐变得衰弱而无法解释其中的原因,也不能真正帮他们解除病痛。直到1995年时,法国的苏兹·列斐伏尔(Suzie Lefebvre)和莉迪·比尔根(Lydie Buirglen)等科学家在顶级学术期刊《细胞》(Cell)上发表文章,才清晰地解释了基因层面的致病原因。

人体内有一种叫做SMN-1的常染色体基因,通常情况下,它可以恰如其分地表达出足量的SMN蛋白。对于人体而言,这种蛋白质至关重要,因为它可以促进运动神经元的正常发育。运动神经元在中枢神经系统和执行最终命令的肌肉组织之间架起了一座关键的桥梁,只有通过它的调节,肌肉才能正常发育并且完成最终的使命。一旦SMN-1基因遭到破坏,SMN蛋白不足,无法为运动神经元的发育提供有效的支撑,这个系统就会崩溃,最终导致肌肉萎缩,骨骼变异,器官衰竭……

在患有脊髓性肌萎缩症的人群中,有95%以上都是因为这个基因出现了突变,无法产生功能正常的SMN蛋白。但是,人体内还有一套备用系统可以产出SMN蛋白。这种基因名为SMN-2,跟SMN-1十分接近。唯一不同的是其中一段编码出了错,使它只能产出少量功能正常的SMN蛋白。而整个出错的过程,就在克赖纳教授一直关注的RNA剪接领域。

SMN-2是位于DNA上的一个基因,要想指导蛋白质的合成,还需要很多步骤。首先pro-mRNA会把这个基因的信息完整地从细胞核中复制出来;之后,通过RNA的剪接机制会去掉内含子,保留外显子,生成一段可以直接指导蛋白质生产的RNA。可惜,由于错误的信息,使其中一个外显子无法保留到最终的RNA片段中,也就很难产生运动神经元所需的那种SMN蛋白。好在这个问题比SMN-1的突变更好解决。

克赖纳教授研发出了一段反义寡核苷酸(antisense oligonucleotidesASO),可以直接贴到pro-mRNA的片段上,从而影响遗传信息,在RNA剪接的过程中保留之前会被剪切掉的那个关键外显子。简单来说,通过这种方法,SMN-2基因也可以像SMN-1基因那样,正常产出的SMN蛋白了。一旦运动神经元得以保全,不仅能够稳定脊髓性肌萎缩症的病症,还能逐渐改善患者的身体机能。

看起来,基础研究到这里已经告一个段落,要把反义寡核苷酸开发成药物提供给患者也不过是向前踏出一步。但是,直到2011年,他们才突破各种问题,将这项研究推向临床试验。期间,克赖纳教授和他的团队不得不反复确认这种机制在小鼠或者其他哺乳动物模型中的响应机制和安全性,而本内特博则和团队共同研究如何更经济有效并且安全地将这种药物递送到生物体中,从而产生预期的效果。

2011年的一期临床试验中,他们希望确认单剂量以及剂量递增的过程中,药物本身的效果、安全性和容忍性,以及在儿童使用药物时整个的药物代谢的动力学过程。良好的结果让他们很快将临床试验推进到了第二期。此时药物已经有了确定的名字,叫nusinersen,而商品名则为SPINRAZA®

当拉尔森夫妇带着脆弱的艾玛找到克赖纳教授时,已经是2015年的初夏,当时这种药物依然处于临床试验阶段。仔细了解临床试验可能会面临的风险后,拉尔森夫妇还是决定为艾玛争取这次机会。好在用药两个月后,小艾玛的情况明显好转。之后,她还是会定期接受药物注射,定期接受检查。

第一和唯一

审核新药时,美国食品及药品管理局(FDA)以严苛和耗时而闻名。但是,当他们面对的患者主要是婴幼儿,病情又如此痛苦的脊髓性肌萎缩症时,还是启动了快速通道(fast track designation)和优先审核(priority review)机制。于是,在耗时十多年后,这种药品终于在2016年的圣诞节前夕获得了FDA的认证。对于很多患者和家属而言,这简直就像是专门为他们准备的圣诞节礼物。而到目前为止,这是第一种也是唯一一种用于治疗脊髓性肌萎缩症的药物。

因为在解决脊髓性肌萎缩症方面的贡献,克赖纳教授和本内特博士共同分享了2019年度的科学突破奖生命科学奖(BreakThrough Prize in Life Science)。在2018114日的颁奖典礼现场,戴安娜穿着一身墨黑色的礼服,与丈夫和艾玛一起出现在了颁奖典礼的舞台上。而此时的艾玛非常活跃,穿着粉红色的礼服坐在轮椅上,但她已经完全可以独自站立和行走了。

在舞台上,戴安娜面向这两位科学家所在的方向,无不深情地说:“感谢两位科学家持续多年的研究,感谢你们在多少个不眠之夜研究这宝贵的药物,感谢你们牺牲掉与家人相聚的时间,换回我们与家人相聚的可能。有科学,我们才有了希望。”

^_^历史话今天………………

         今天是日,今天的事都跟文明古国有关:公元 960 年的这一天陈桥兵变,黄袍加身,赵匡胤建立宋朝; 1830 年,伟大的文明古国希腊经过数百年的战斗,终于获得了独立。

          公元 960 年的这一天,一个在戏剧舞台上最多被展现的朝代诞生了,诞生那天就是一出戏,叫作陈桥兵变,黄袍加身。大家对宋朝超级了解,因为从宋朝的开始到最后,都有戏文在那儿演。之前说过明朝是“三无”朝代 —— 无明君,无名将,无名士。到了宋朝正好反过来,宋朝有明君,唐宗宋祖,毛主席都承认宋祖是明君,宋太宗其实也是一代明君;有名将,名将不用说了,杨家将、岳家军等等;有名士,就更不用说了,光苏家兄弟苏轼、苏辙就已经够震烁古今了,更别说这唐宋八大家,而且还创造了宋词这样不朽的音乐跟文学。所以叫“三有”——有明君,有名将,有名士。还有个叫“三不”——不加税,不杀士,不秋后算账。宋朝皇帝心胸之宽广,跟明朝皇帝形成了最鲜明的对比,宋朝皇帝宽宏大量,随便骂,随便说,说一脸唾沫都没事,而且永不杀士。其实明朝朱元璋也立了各种规矩,比如太监不得出宫,刚到第三任皇帝,郑和就下西洋了,可见立国太祖立下的规矩不一定都会被遵守,但是宋朝的皇帝有一个算一个,每一个人都遵守了太祖“不杀士”的遗训,坚决不杀知识分子。所以宋朝知识分子最自由、最胆大,大不了发配,而且发配成了一件光荣的事儿,几乎变成了每一位名士的必经过程,贬得最远的就是苏轼,那也没事,王安石、司马光都那么水火不容了,也就是你发配我一会儿,我发配你一会儿,但绝不会出现杀士的情况。所以知识分子在宋朝获得了空前的自由和发展。而且宋朝是中国历史上的所有朝代中最有钱的一个,因为不加税,人民就努力生产,所以不但是生产出很多粮食,很多盐、铁,还生产出很多人,中国历史上第一次人口过亿。宋朝时,第一次政府年收入过亿两银子,当时全世界百分之九十的 GDP 都在宋朝一个国家。后来的朝代基本上就没做到,整个明朝都没做到,不及宋朝的十分之一,到清朝也只是到晚清时期才过亿。宋朝有两件事,做得好不好大家来评价,一个就是他太喜欢知识分子了,赵匡胤一开始就是一盲流,后来变成军官,孔武有力,但是他特别崇拜知识分子,马上得天下的王朝崇拜知识分子的程度,宋朝排第一。所以开国取士的时候,录取的特别多,进士一考一百来个,只有三分之一有实授官,另外三分之二的人拿着同样的俸禄没事干,写诗玩。很多很多官衔完全是虚职,苏东坡任黄州团练,团练就没什么事干,就是白拿钱。宋朝有钱,又养知识分子,又不杀知识分子,所以宋朝知识分子创作空前繁荣,不朽的各种篇章都创作出来了。再有他拿这些钱做了中国从古到今没有任何一个朝代做过的事情,就是宋朝是唯一的采取募兵制的一个朝代,征兵制就是服兵役,你必须给国家服兵役,这是你的义务,不能跟国家讨价还价,要什么待遇那可不行。中国自古到现在,到今天都是采取征兵制,这是对国家的义务,为国服兵役光荣。募兵制,是西方现在几乎所有的国家都采取的制度,就当一工作,来签合同,给你发工资,比外边工作收入还好一些,军营里的小卖部东西还比外边便宜点。当了兵再去上大学,国家再给你一点补贴,等等,这就叫募兵制,就是雇你来当兵。只有宋朝做到了,第一,因为他特别有钱;第二,他把募兵制当作了一种福利。以前的朝代对人民是没有福利的,饿死没办法,又不能把你养起来,最多就是在大灾之年给你赈点灾而已。募兵制后来慢慢变成一种福利制度,哪里流离失所,哪里有大灾、有流民,就都募兵,一养一辈子,因为宋朝募兵制合同一签就到六十岁,就一直在那兵营里待着,导致宋朝军队数量空前多,多则上百万。宋朝的首都汴京,当时是世界第一大繁华城市,后来南宋的首都临安,也是世界上最繁华的城市,《清明上河图》就是画的大城市那种规模,简直令人惊讶。宋朝的科技、工业空前地发展。沈括的《梦溪笔谈》提到过宋朝空前发展的科技。民国时期中国各门类的历史都是自己修的,唯独中国科技史没人修,因为文人不懂科技,所以是剑桥大学李约瑟教授主持修的中国科技史,其中对宋朝科技大加赞赏。所以宋朝是一个对于知识分子,对于军人,对于老百姓,对于大臣,对于各种各样的人都很幸福的一个朝代。宋朝一直生活在整个北方异族阴云笼罩的环境下,但是一直生活得阳光灿烂。想起宋朝,就觉得是一个阳光灿烂的朝代,一提明朝,就觉得是个特阴霾的朝代。所以如果让我穿越,我必穿越到宋朝,让我穿十回,我还是会穿越到宋朝。宋朝对我们这样的人来说非常美好,还有李师师等这些大美女,甚至连强盗都是最有名的,梁山一百零八将。所以宋朝是最被人民热爱的朝代,最被人民歌颂的朝代,最多次被人民搬上舞台,宋朝在舞台上的各种主角,文有包公、苏东坡等等,武有杨家将、岳飞等等,可见人民对宋朝是多么有感情。如果有一天发明了时光机,一定要告诉我,我要去宋朝生活。宋朝感觉很怂,老被人打,实际上你想一想,宋朝面对的是辽国那么强大的一个国家,蒙古横扫整个中亚东欧只用了两年时间,宋朝跟蒙古还顶了一百来年,所以说实在的,宋朝打仗也还是可以的。世界上也没有谁能挡住蒙古铁骑的,面对那么强大的亚欧大帝国,最后那是没办法了。很多知识分子老说,“崖山之后,再无中国”,就是南宋最后被蒙古追到广东崖山,宋朝最后的军民都上了船,陆秀夫背着小皇帝投海,之后政权就再不是汉人的了。但是我个人不赞同这个,因为中国是汉族和其他民族一起创造文明的,不是说因为汉人不掌权了就没有中国了。

^_^ 讲东讲西讲东西……..

不知疼痛的人

安徽省休宁县有个女孩子名叫金晨,她全身对疼痛没有丝毫的反应,不论是针刺,还是骨折,或者是皮破肉烂鲜血直流,她都不知疼痛,是一个世间少有的没有疼感的奇人。

金晨生下来没有什么异样。她3岁那年得病,医生给她打针,针头一次次深深地扎进肉里,她毫无反应,嬉笑如常,医院里从没有见过这么“勇敢”的孩子,从而引起了人们的注意,经医生们采用多种针刺、扭捏、挤压等实验,她都不喊痛。据她母亲回忆,在孩子一岁多刚长出乳牙时,口中经常流血,起先没引起家长的注意,后来才发现舌头尖和舌边已被她自己咬破,孩子不但不哭,还照常吃东西,照常咿呀学话。她会走路以后,因为没有痛感,不知什么是安全,什么是危险,造成多处伤残。比如,在她自己会拿东西吃时,刚离火的滚烫的面稞,她抓到就往嘴里塞,手指头和嘴唇被烫起泡,一点也不在乎,照常大口吞食;冬天烤火取暖,她的脚趾被木炭火烤得起泡,她也没有任何感觉,照常跑跳。有一次一个大孩子背她时跌倒在地,折断了上臂,膀子不能动了,她还吊拉着膀子同小朋友继续玩。医生给她接骨定位,她神态如常,一放手就满地乱跑,看的人无不膛目结舌。她的踝骨不知什么时候跌碎了,待家长发现她的两脚不一样时,骨头早已自愈了。

力气最大的女孩

美国有个名叫达密.斯特福特的小女孩。九岁时,虽然体重只有22公斤,却能举起56.7公斤重的物体,要按体重与所举重量的比例来算,她的成绩等于世界女子举重冠军创造的世界新纪录。

能分泌金属的人

在南斯拉夫有位年轻的妇女,自1972年起,就定期从身上分泌出大小不同的金属颗粒,分泌时间大都是在地震或其他自然灾害发生前的四天。经化验,颗粒中含硅锰和银等成份。

会发电的人

在英国,一个名叫宝莲的妇女,现在53岁已是3个孩子的母亲。当她接触某些东西时,往往会发出电光和巨响,她熨衣服时,曾多次导致电熨斗保险丝烧坏;有一次她把饲养在水箱里的小鱼电死。她丈夫说:“她在睡觉时也会发出静电的声音。”

^_^学海无涯…………………

为什么微波炉能如此快速地烹饪食物?烤箱利用气体燃烧或电流产生的热波烹饪食物,和它们不同,微波炉用的是一种叫作微波(与光波相似)的特殊电磁能。热波在食物内部慢慢为它们加热,微波却能瞬间穿过食物。在微波炉中,有一个叫作磁控管的装置,它发射出一束微波,微波穿过一个转动的电扇,向四周散开。当它们穿过食物时,它们的能量被食物中的水分子吸收。水分子以和微波同样的速度(每秒钟振动 24.5 亿次)高速振动,与其他分子相互摩擦。这些运动和摩擦产生了巨大的热量,从而把食物彻底烧熟。微波烹饪的过程和蒸烘很相似,这也解释了为什么食物不会变成棕色的。但是,有些微波炉装有传统的加热元件,能让食物看起来更加诱人 —— 让它外面的颜色看起来和普通烹饪出来的一样。微波能从一些材料中穿过(这些材料不会被加热),也能被一些材料吸收,还能被一些材料反射或弹回。因此,我们要注意放到微波炉里的容器和遮盖物。例如,微波能穿过玻璃、塑料膜、纸制品和大部分厚塑料制品,这些都可以安全使用。但是铝箔等金属容器和遮盖物却具有反射性。这些材料使得食物无法吸收微波而把它们弹开,弹开的微波数量太多,微波炉很可能就会烧坏。

为什么物体燃烧时会冒烟?

物体着火时,周围空气的温度升高。加热的空气推升水蒸气(飘浮在空气中的水分子)和燃料的细小微粒(燃烧着的材料),形成一团黑色的烟云。物体燃烧得越彻底,进入到空气中的微粒就越多,产生的烟雾也越多。烟雾慢慢飘散开,同时重量最大的微粒在重力的作用下沉到地面。当火刚燃烧起来时,通常会出现大量烟雾,随着更多的燃料充分燃烧,烟雾减少。烟雾探测器正是利用了火初燃时会产生大量烟雾这一现象。探测器在火真正燃起来之前,检测到烟雾中的微小粒子。光学烟雾探测器用的是光束和光敏元件,当烟雾粒子进入光束以后,光敏元件发出警报。离子烟雾探测器能检测到更小的粒子;它们对探测器内部的微弱电流产生干扰,于是触发警报。

^_^ 脑筋急转弯………………

什么贵重的东西最容易不翼而飞?

上题答案:

多保重身体!

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