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港大開發鑑定先天性巨結腸病遺傳基因變異的幹細胞模型

2017年04月05日

 

先天性巨結腸病（HSCR）是一種影響腸道蠕動的遺傳病，由於腸道先天缺乏神經細胞，致初生嬰兒出現嚴重便秘或腸梗阻。此病影響全球初生嬰兒，其發病率在亞洲較高，每三千名嬰兒中約有1人患病。醫學界相信RET基因變異會導致嚴重的先天性巨結腸病（全結腸腺瘤病）。然而，八成患者屬於病情較輕的短段巨結腸病，只有小部份結腸受影響，相關的基因變異仍有待發現。

香港大學（港大）李嘉誠醫學院最近對先天性巨結腸病建立了一個幹細胞疾病模型，用於尋找與病型有關的基因變異。利用幹細胞疾病模型和新一代測序技術，研究人員發現特定的vinculin（VCL）基因變異破壞了腸道神經幹細胞的遷移和分化，因而令腸道神經系統發育畸形，引致先天性巨結腸病。港大開發這項嶄新的幹細胞疾病模型，對於研究基因變異與疾病表型提供了一個重要平台，為設計針對不同病人的個人化治療邁出重要一步。研究剛發表於消化內科學研究範疇的權威學術期刊《腸胃病學》。

領導這項研究的港大外科學系副教授顏秀慧博士指：「現時的幹細胞技術已供研究人員製造出帶有與患者相同基因的疾病相關細胞，這些細胞能用於醫學研究，有助了解遺傳背景與病型的關係，有助個人化精準醫學的發展。」

關於先天性巨結腸病

患有先天性巨結腸病的嬰兒必須經外科手術切除沒有神經細胞的病變腸道才能存活。過去十年，香港有超過 120個受影響的嬰兒已接受外科手術治療。不過，手術效果不一，有相當數量的病人終生仍然面對併發症的威脅，包括頑固性便秘、大小便失禁、小腸結腸炎，甚至更嚴重的短腸綜合症等。故此，這病症不僅對患者造成嚴重生理創傷，同時，對香港醫療系統也帶來沉重負擔。

先天性巨結腸病是由於腸道的神經幹細胞不能正常發育成有用的神經細胞所致。在胚胎發育過程中，腸中的神經幹細胞（腸神經嵴細胞）需要行走很長的路才能完全覆蓋整個腸道，並分化成多種不同的神經細胞，隨後形成一個神經網絡，藉以控制排便。在腸道發育中，神經幹細胞的遷移和分化過程必需正確，以確保腸道神經系統正常運作。如控制這個過程的基因出現變化，可能會干擾神經系統的形成，導致先天性巨結腸病。

研究結果

港大的研究人員根據在2009年至2015年期間發表的多項研究結果，進一步利用人類幹細胞技術建立了疾病模型，用於鑑定與病型相關的基因變異，並了解這些基因變異是如何導致先天性巨結腸病。研究小組採用兩種嶄新幹細胞技術建立多個幹細胞疾病模型：（一）用一個帶有RET變異基因（RET G731del）且病情嚴重的巨結腸症患者和兩個病情較輕及沒有RET基因變異的患者的皮膚細胞進行細胞重組；及（二）將巨結腸病相關的RET 變異基因引入健康的幹細胞，利用這些帶有巨結腸病相關基因的人類幹細胞和健康對照幹細胞製造出腸道神經幹細胞，並比較其分化和遷移能力。

研究顯示，所有從帶有巨結腸病相關基因幹細胞衍生的腸道神經幹細胞都不能正常遷移和分化，並明確證明 RET 基因變異正與人類腸道神經幹細胞不正常分化和遷移有關。為了進一步找尋與短段巨結腸病相關的新型基因變異，港大研究小組使用新一代測序技術比較患者基因及幹細胞疾病模型衍生的腸道神經幹細胞的表達譜，並成功發現一個新的vinculin基因突變（VCL M209L）與先天性巨結腸病有關。研究人員更使用最新的基因編輯技術（CRISPR / Cas9）在疾病幹細胞模型中修正相關基因突變（RET G731del和VCL M209L突變），這些修正恢復了腸道神經幹細胞的分化和遷移能力。

總的來說，港大研究人員在先天性巨結腸症患者中確定了一個新的VCL突變。使用基因編輯技術修正與巨結腸病相關的基因突變，並能有效恢復腸道神經幹細胞的功能。目前的研究證明人類幹細胞能用來識別疾病相關的基因變異，並確定它們是如何影響細胞功能，繼而令嬰孩患上先天性巨結腸病。

過往研究　

在過去十多年，港大的研究小組已進行了多種遺傳病理及動物研究。小組於2007年針對患有先天性巨結腸症的患者，作出全球首個完整基因組研究。共有200位先天性巨結腸症患者和408位健康人士進行基因測試，並已找到多個和此疾病有關的新基因。這項工作成果已在2009年的學術期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表。其後小組使用更精密的計算及統計方法，進一步尋找出互有牽連的病理基因。研究人員發現，如 PTCH1及 DLL3基因同時發生變異，會引起膠質神經細胞過早形成，嬰兒的患病風險會增加2.78倍，這研究也在2011年發表於發育生物學研究範疇的權威學術期刊《臨床醫學研究期刊》。在2015年，該小組也在先天性巨結腸症的患者中發現了幾種新型GLI突變。使用小鼠模型，研究證明SUFU-GLI-SOX10基因協調腸神經細胞和神經支持細胞的形成，GLI基因變異會導致先天性巨結腸病。研究結果在2015年發表於消化內科學研究範疇的權威學術期刊《腸胃病學》。

關於港大的研究小組

這項研究由香港大學李嘉誠醫學院外科學系副教授顏秀慧博士領導，博士後研究員黎沛凌博士及劉倩婷博士進行幹細胞實驗，並與外科學系副教授賈思雅博士、外科學系小兒外科講座教授、李樹培基金教授 （外科）譚廣亨教授、精神醫學系博士後研究員黃光亮博士及桂宏勝博士合作，對先天性巨結腸症患者基因組及表達譜作出數據分析。其他研究人員包括香港大學李嘉誠醫學院內科學系講座教授、蒙民偉基金教授（心臟學）謝鴻發教授、內科學系高級技術主任黎永漢博士及外科學系博士研究生王旭先生及周婷文小姐。

鳴謝

此項研究由研究資助局補助金HKU17119514 和T12C-714/14-R 及香港醫療衞生研究基金01121476資助。

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