研究發現原發性脊柱側彎遺傳成因

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香港大學一項跨學科研究成功識別青少年原發性脊柱側彎的主要成因為SLC6A9基因變異,令突觸神經傳送及中樞模式發生器(Central Pattern Generators)失調。研究已在學術期刊《臨床研究期刊》發表。

少年原發性脊柱側彎(Adolescent Idiopathic Scoliosis,AIS)是一種常見脊柱畸形疾病,影響全球數以百萬青少年。當脊柱偏移角度超過10度即為脊柱側彎,而本港有3.5%介乎10-18歲的青少年為AIS患者。

脊柱側彎一般於青春期時惡化,可導致各種併發症,包括心肺功能受損、呼吸困難,或有背痛、高低膊、盤骨不對稱,造成外觀問題,有可能影響患者的社交活動和心理健康。目前AIS成因未明,而現有治療方案僅限於側彎發生後進行治療,包括佩戴矯正器(支架)或手術,並未有預防和早期干預的方法。

甘胺酸

由香港大學李嘉誠醫學院臨床醫學學院矯形及創傷外科學系鍾培言教授和生物醫學學院宋又強博士,以及香港中文大學醫學院生物醫學學院高波博士領導的跨學科研究團隊,為探究脊柱側彎的基因基礎及病理機制,對香港大學、德州Scottish Rite Hospital for Children及北京協和醫院合共1,701名AIS患者和3,219名對照組人士進行基因檢測,鑑别出SLC6A9基因的罕見變異。該基因負責產生一種名為甘胺酸轉運蛋白1(Glycine Transporter 1,GLYT1)的蛋白質,這些變異基因會導致神經訊號的傳遞和協調中斷。GLYT1負責調節中樞神經系統中的甘胺酸水平,有助正確傳導脊椎中的神經訊號。

研究顯示,SLC6A9變異基因會降低甘胺酸攝取,令甘胺酸濃度提高,產生異常的神經傳遞。為了進一步驗證發現,團隊利用斑馬魚模型,透過基因編輯技術破壞斑馬魚的SLC6A9基因,模擬人類AIS患者的基因變化。研究結果顯示,突變斑馬魚表現出脊柱彎曲和神經活動不協調,與AIS患者的症狀相似。

團隊亦嘗試找出脊髓中的中樞模式發生器對AIS的作用。中樞模式發生器是負責自主產生步行或呼吸等節奏性行為的神經迴路,團隊發現GLYT1變異促使甘胺酸濃度過高,使中樞模式發生器無法正常運作而誘發AIS。

為探索AIS的潛在預防療法,研究團隊在突變斑馬魚上測試了苯甲酸鈉,這是一種臨床上用於治療甘胺酸腦病變(Glycine Encephalopathy)的甘胺酸受體拮抗劑。結果顯示,苯甲酸鈉可以中度減輕斑馬魚的彎曲程度,有望為甘胺酸水平較高的AIS患者提供預防性治療。

及早干預治療

由於醫學界對AIS的病因仍未有共識,因而阻礙了早期干預。目前已知遺傳因素對誘發AIS起著重要作用,惟此病的遺傳成因和病理機制至今仍然未明。港大醫學院臨床醫學學院矯形及創傷外科學系主任兼臨床教授鍾培言教授表示:「我們的研究旨在識別與AIS相關的基因變異,填補對遺傳成因與AIS關係方面知識的不足,開創為AIS患者提供針對性和個人化的治療新方案。」

這項突破性硏究不但揭示導致AIS的遺傳因素,更為研發新的診斷方法和預防療法創造條件。鍾教授補充:「我們可通過進一步研究和臨床試驗,革新目前對AIS的治療策略,希望能大大改善AIS患者的生活。」3

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