人類罕見病中公認最痛苦的疾病之一：「蝴蝶寶貝」的新希望

EB（Epidermolysis Bullosa,遺傳性大皰性表皮鬆解症）患者的照片。來源：維基百科

編者按：

他們有個美麗的名字：「蝴蝶寶貝」，但美麗的背後是常人難以想像的病痛，因為他們所患的是人類罕見病中公認最痛苦的疾病之一：遺傳性大皰性表皮鬆解症，皮膚像蝴蝶翅膀一樣脆弱，而且目前沒有安全有效的根治方法。

清華大學藥學院和醫學院傳染病中心譚旭課題組與北京大學第一醫院楊勇、林志淼課題組合作發現的是該疾病的第十九個致病基因KLHL24，該研究成果「Stabilizing mutations of KLHL24 ubiquitin ligase cause loss of keratin 14 and human skin fragility」於11月1日以長文形式在線發表於國際遺傳學頂尖雜誌《自然·遺傳學》（Nature Genetics）上，由此或將開啟治療這種罕見病的新希望。

撰文 | 程莉

責編 | 李曉明

遺傳性大皰性表皮鬆解症（Epidermolysis Bullosa, EB）是主要由於皮膚結構蛋白缺陷而導致的一組疾病，患上此病的人皮膚脆性增加，輕微碰撞、摩擦，皮膚上就會出現水皰、糜爛，繼發感染，且容易引發嚴重併發症，如食道粘膜狹窄、手指並指攣縮、角膜瘢痕化導致眼睛失明等。

不同基因突變導致的EB在臨床表現上有一定區別，最嚴重的EB患者出生不久就會因為大片皮膚缺失而早夭，然而較輕型的患者則只在手腳等摩擦頻繁的部位出現水皰。

1990年代初，科學家發現第一個導致該病的基因，迄今已有十八個致病基因陸續被發現。任何一個致病基因發生缺陷，都會導致一種亞型的EB。清華大學藥學院和醫學院傳染病中心譚旭課題組與北京大學第一醫院楊勇、林志淼課題組合作發現的，是該疾病的第十九個致病基因KLHL24，或者可以說是第十九種EB亞型。

五個特殊的患者

人的皮膚並不是一顆顆細胞簡單堆積疊加在一起的，而是由很多結構蛋白像鋼筋築成大樓一樣，把細胞和細胞，以及細胞與真皮基質連接起來。以前發現的絕大多數EB患者都是結構蛋白基因發生了突變，皮膚細胞不能正常產生足量的結構蛋白，或者產生了功能缺陷的結構蛋白，因此當皮膚受到機械外力作用，皮膚細胞便會分離或者碎裂——就像一棟鋼架質量不好的大樓，抵抗外力強度明顯降低，遇到大風或者低強度地震便容易坍塌。

作為國內最大的EB診療中心，北京大學第一醫院皮膚科常規進行大量EB患者的基因分型和產前診斷工作。在幫助全國各地EB患者的同時，EB工作主要負責人林志淼醫生髮現有幾例EB患者並沒有任何已知基因的突變。這使他意識到，他們所患的EB很可能是一種以往從未發現的特殊亞型。這些EB患者出生時即出現大片的皮膚缺失、糜爛，病情較為嚴重，但隨著年齡增長，特別是到青春期或接近成年以後，皮膚脆性會明顯自行好轉，僅在劇烈的摩擦或活動之後才會起水皰，而且多數不出現嚴重的併發症。

2014年初，楊勇、林志淼課題組把被疑診為全新EB亞型的患者進行了全基因組外顯子測序，發現其中三個病人都在KLHL24這個基因的起始密碼子ATG有一個核苷酸發生了突變。之後，課題組聯繫了以色列的著名皮膚科專家Eli Sprecher，他提供了一個同樣在已知基因中沒有找到突變位點的病人，通過基因測序，發現該病人的KLHL24基因的起始密碼子也發生了突變。再加上幾個月後發現的一個新病人，5位EB病人都是泛素化連接酶編碼基因KLHL24的起始密碼子發生了突變。

對於這樣的發現，課題組一度困惑不已。楊勇回憶說：「我們組做了20年的遺傳，這樣的事情真是活久見了。起始密碼是蛋白質翻譯的起點，為什麼我們費盡洪荒之力找到的5個病人都在這個位置出現突變呢？突變會造成什麼後果，進而導致病人皮膚脆性增加呢？」

楊勇在耶魯大學進修的時候有個好哥們叫Tony，誤以為皮膚科大夫的工作就是「割包皮的」。當楊勇問他為什麼對割包皮如此神往，Tony很乾脆地回答：New start, more stable！

正是這句話，數年後送來了「神助攻」，讓困惑中的團隊爆發了靈感：「是否突變會讓蛋白質從一個新起點（new start）來翻譯，進而蛋白更穩定（more stable）了呢？以往有關這個蛋白的研究極少，在Pubmed文獻資料庫也只能查到寥寥幾篇文章，有限的證據提示它是個泛素化連接酶，能夠介導特定底物的降解。是否是這個蛋白變得更穩定以後，加速降解了重要的皮膚結構蛋白，引起皮膚變脆了呢？」

為了驗證這個假說，通過北大—清華生命科學聯合中心這個平台，楊勇找到了在泛素化領域有很好研究基礎的譚旭，經過一系列分子水平的生物化學實驗研究，五個特殊病人患病的真相得以揭開。

KLHL24突變所致EB的發病機理示意圖：在正常皮膚中（上圖），泛素裂解酶KLHL24會發生自身泛素化和降解，因此蛋白維持在較低水平。在EB病人皮膚中KLHL24蛋白的前28個氨基酸缺失，導致其自身泛素化反應和降解被抑制，其蛋白水平大大提高，進一步導致角蛋白14（KRT14) 的過度泛素化和降解，從而使表皮基底層細胞變的脆弱和易脫落。來源：汪慧君供圖

「一個連環殺手的自殺事件」

皮膚脆性增加，最終還是歸結於結構蛋白有缺陷。本次發現的特殊之處在於KLHL24基因並不是控制生產結構蛋白的基因，導致EB的是一種全新的發病機制。

在蛋白翻譯的過程中需要有一個ATG負責發出信號告訴蛋白編碼機器：「你要在這個特定位置開始翻譯出第一個氨基酸來。」這個起始點的密碼子ATG就叫起始密碼子。當KLHL24的起始密碼子發生突變時，便不再能發出信號讓蛋白編碼機器開始「生產」氨基酸，那麼蛋白質按順序從下一個ATG（第29個密碼子）開始翻譯，從而丟失前28個氨基酸，生成一種新的截短蛋白。

譚旭課題組主要研究蛋白降解、泛素化以及其在病毒感染疾病中的功能，他們在這項研究中發現，突變後KLHL24截短蛋白因自身泛素化及隨之蛋白降解受到抑制而變得穩定許多，從而導致細胞中的KLHL24蛋白量增加。進一步的研究發現皮膚的角蛋白14是KLHL24的一個蛋白底物，過量的KLHL24導致其角蛋白14發生過度泛素化和降解。這些在細胞繫上發現的現象在病人皮膚樣品上得到了驗證，與正常人相比，病人的角蛋白14的水平大大降低，直接導致皮膚脆性增強。譚旭把這個泛素連接酶的自身泛素化和降解過程稱為「一個連環殺手的自殺事件」。

簡單來說，這類EB患者本身生產的結構蛋白是沒有問題的，但是有一個工作積極性過高的「殺手」把他們都「殺死」了。這個「殺手」就是泛素化連接酶編碼基因KLHL24突變後產生的截短蛋白，這個「謀殺」的過程叫泛素化（ubiquitination）。泛素化連接酶的重要作用是識別降解我們人體的一些需要精密調控的蛋白或者不需要的蛋白，但是為保持平衡，同時它也可以把自己降解掉，是為自身泛素化（autoubiquitination）， 類似「自殺」。KLHL24突變後，其自身泛素化水平下降，它們變得更穩定，不「自殺」了。後果是這種「殺手」數量過多，進而導致大量正常的皮膚角蛋白14被泛素化及降解。

角蛋白14存在於我們皮膚表皮最底層的細胞間，是皮膚基底細胞形成張力絲的關鍵蛋白，和真皮膠原蛋白連接在一起，維持表皮細胞結構穩定。如果角蛋白14被過度降解，表皮跟真皮的連接會變脆弱，皮膚脆性增加，也就是EB的臨床表現。林志淼介紹說，有一種類型的EB，叫基底細胞型單純型EB，就是由於角蛋白14缺陷所致的。

道阻且長，但存希望

研究同時發現，KLHL24是一種調節正常表皮細胞分化的重要基因。在此之前，由於小鼠模型難以建立，也沒有對角蛋白的分子水平的研究，人們並不知道連接酶與蛋白降解之間存在什麼關係，更不清楚如何調節角蛋白降解。此次研究揭示的這種全新的機制，更大的意義在於對調節其它蛋白特別是其它角蛋白降解的啟示。

如何運用藥物分子調控這個過度活躍的「殺手」，讓它恢復正常功能水平，是兩個課題組接下來繼續研究的方向。「我們正在研發一種多肽抑制劑，這種新型的抑制劑將來也許能夠實現治療此種亞型的EB。」譚旭透露說。

與EB致病基因相反，有些基因突變後，角蛋白過度產生，異常角蛋白會干擾正常角蛋白髮揮功能。將來也許可以通過激活蛋白泛素化和降解系統，用來降解、泛素化異常結構的角蛋白，讓正常的角蛋白髮揮功能，從而治療一些角蛋白缺陷的疾病。「比如有些人經過輕微摩擦便會出現又厚又硬的繭子，還有些人頭髮像羊毛一樣細軟，這些都是是皮膚科常見的角蛋白缺陷造成的疾病。」 林志淼說。

在臨床實踐中，遺傳病從發現基因、了解發病原理到能夠出現有效的治療辦法，過程很緩慢，甚至需要多方科研工作者幾十年的奮鬥。EB作為一種罕見病，所有的類型都算上，據林志淼估計，全國約有上萬病例，其中重型的有幾千例，輕型的較多而且會遺傳。正因為是罕見病，市場需求有限，藥商往往不感興趣，不願意生產。這是罕見病治療中存在的一個大問題。

對EB的治療，目前除了骨髓移植，沒有更好的治療辦法。即使骨髓移植有20%～30%的死亡率，且有1/3的幾率效果不明顯，特別嚴重的EB患者，還是甘冒風險。迄今中國只有兩例骨髓移植成功的病人，其中一例是營養不良型大皰性表皮鬆解症患者周密。因為女兒的病，周密的父親周迎春創建了公益組織「上海德博蝴蝶寶貝關愛中心」並擔任理事長，長期關注EB的宣傳教育、關懷救助等工作。病人和家屬都急切盼望醫學研究者能多關注這個疾病，早日開發出更有效的治療方法。

北京大學第一醫院是EB的診治中心，面對從全國各地趕來診斷和初步治療護理的患者，作為臨床醫生，林志淼最關心的是如何減輕他們的痛苦。「EB治療中最重要的是避免摩擦、護理傷口，防治併發症。」 林志淼說，「如果病人不好好護理的話會產生各種不良後果。」尤其是手、腳容易摩擦的地方最易起水皰，如果在護理過程中，沒有把指頭分開包紮，手指並在一起，由於皮膚修復過程中會傾向於最短途徑，損傷破口的相鄰手指會長在一起。在睡覺時，人類的手指處於自然彎曲狀態，如不經干涉，手指便會蜷縮在一起，影響患兒骨骼發育，造成完全殘疾。

大皰性表皮鬆解症患者忍受著常人難以想像的痛苦，楊勇說：「作為臨床醫生，我們有責任為疾病的研究和治療付出最大的努力。沒有林志淼辛勤的臨床工作和紮實的遺傳功底，就沒有今天的故事；譚旭嚴謹詳實的工作揭開了角蛋白泛素化的神秘面紗；清華的李碩和北大的馮程通力合作，完成了大部分的實驗操作；以色列的Eli Sprecher、清華的鄧海騰，北京生命科學研究所的陳婷也做了重要貢獻，還要感謝眾多的合作者。最後，我還想感謝Tony，呃，和他的『新起點』。」

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1038/ng.3701

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