利用iPS細(xì)胞技術(shù)創(chuàng)建了首個女性型XLSA的病理模型；確定了候選治療藥物AZA - CiRA

大劑量的吡哆醇治療對一半的病人無效

京都大學(xué)iPS細(xì)胞研究所(CiRA)12月1日宣布，它利用從X連鎖紅細(xì)胞性貧血癥(XLSA)患者身上產(chǎn)生的iPS細(xì)胞再現(xiàn)了XLSA的紅細(xì)胞成熟缺陷，建立了一個病理模型，并表明阿扎胞苷(AZA)是一種潛在的治療劑。 這項(xiàng)研究由森本由紀(jì)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行，該小組由Kazuhisa Chonabayashi助理教授(京都大學(xué)醫(yī)學(xué)研究生院血液學(xué)和腫瘤學(xué)系、CiRA生長和分化機(jī)制部)、Akifumi Takaori教授(京都大學(xué)醫(yī)學(xué)研究生院血液學(xué)和腫瘤學(xué)系)和Yoshinori Yoshida副教授(CiRA生長和分化機(jī)制部)組成。 研究成果已發(fā)表在《血液進(jìn)展》上。

在人體中，紅細(xì)胞中的血紅蛋白與氧氣結(jié)合，確保氧氣被輸送到身體的每個角落。 血紅蛋白含有鐵，如果由于某種原因身體不能正常使用鐵來制造血紅蛋白，鐵就會沉積在紅細(xì)胞中，而紅細(xì)胞是紅血球的組成部分，從而導(dǎo)致一種叫做紅細(xì)胞的狀況。 遺傳性紅細(xì)胞性貧血是一種先天性的基因突變導(dǎo)致這些紅細(xì)胞的形成，這些紅細(xì)胞不能正常攜帶氧氣，導(dǎo)致貧血。 最常見的形式是X-linked sideroblastic anaemia(XLSA)，它是由X染色體上的ALAS2基因的突變引起的。

XLSA在男性中更為常見，他們往往沒有癥狀或只有輕微的貧血癥狀，但大約四分之一的患者是女性，與男性不同的是，她們在成年中期到晚期會出現(xiàn)嚴(yán)重的貧血，往往有嚴(yán)重的癥狀。 在女性中，有兩條X染色體，其中一條在每個細(xì)胞中都是隨機(jī)失活的。 正常情況下，兩個ALAS2基因中的一個突變不會導(dǎo)致貧血，因?yàn)橛性S多細(xì)胞中的另一個正常基因仍在活動。 然而，當(dāng)X染色體由于老化而不均勻地失活，攜帶突變基因的細(xì)胞比例增加時，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的貧血。

一種治療方法是大劑量的吡哆醇，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這對大約一半的病人無效。 到目前為止，還沒有其他有效的治療方法，需要新的治療方法。

第一個來自女性的XLSA患者衍生的iPS細(xì)胞被用來創(chuàng)建第一個來自女性的疾病模型

到目前為止，已經(jīng)建立了男性形式的XLSA的細(xì)胞和動物模型。 然而，目前還沒有開發(fā)出能再現(xiàn)XLSA女性形態(tài)的模型。 現(xiàn)在，該研究小組試圖通過從女性XLSA患者身上生成iPS細(xì)胞，并將其分化為紅細(xì)胞，從而創(chuàng)建一個該疾病的模型。

女性XLSA患者有高比例的正常X染色體失活細(xì)胞(MT細(xì)胞)。

首先，我們從三名患者的外周血單核細(xì)胞(PBMCs)中產(chǎn)生了iPS細(xì)胞。由于ALAS2基因位于X染色體上，在女性患者中兩個ALAS2基因中的一個隨機(jī)失活。 因此，從相同的患者中產(chǎn)生了具有失活的X染色體與突變的ALAS2的野生型iPS細(xì)胞(WT-iPS細(xì)胞)和具有失活的X染色體與正常的ALAS2的突變型iPS細(xì)胞(MT-iPS細(xì)胞)。

對于三個病人的PBMCs，用HUMARA檢測法檢查了WT和MT細(xì)胞的比例，發(fā)現(xiàn)是傾斜的，MT細(xì)胞多于50%。 研究人員還分別從三名患者身上建立了58、94和47個iPS細(xì)胞系，并檢查了WT和MT細(xì)胞的比例，發(fā)現(xiàn)其中大部分是MT細(xì)胞，與患者PBMCs中的偏向相似。

MT細(xì)胞不能很好地分化為紅細(xì)胞

接下來，研究人員將WT-和MT-iPS細(xì)胞分化為紅細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)WT衍生的紅細(xì)胞顆粒是正常的紅色，而MT衍生的紅細(xì)胞顆粒則是白色。 鐵染色顯示，MT紅細(xì)胞有周期性的鐵爆裂，這是XLSA的特征之一，但WT紅細(xì)胞沒有。

AZA治療改善MT細(xì)胞的紅細(xì)胞分化

研究小組認(rèn)為，用藥物激活在MT細(xì)胞中失活的正常ALAS2基因，可能會改善紅細(xì)胞成熟缺陷，并把重點(diǎn)放在AZA上，這是一種能使X染色體失活的DNA脫甲基劑。

當(dāng)在iPS細(xì)胞衍生的造血祖細(xì)胞分化成紅細(xì)胞的過程中施用AZA時，不施用AZA(DMSO)的MT細(xì)胞顆粒為白色，而用AZA處理的MT細(xì)胞(AZA)的顆粒為紅色。 這表明AZA治療能改善紅細(xì)胞生成功能障礙。

AZA在世界一些地方已經(jīng)被用作癌癥治療手段

在目前的研究中，從女性XLSA患者中建立了野生型和突變型iPS細(xì)胞系。 使用這些iPS細(xì)胞，他們表明，突變細(xì)胞導(dǎo)致紅細(xì)胞成熟的缺陷，類似于在女性XLSA中看到的情況。 他們還表明，AZA是一種去甲基化劑，通過重新激活已經(jīng)失活的正常ALAS2基因，改善了女性XLSA的紅細(xì)胞生成和其他缺陷。

AZA已被用作一些癌癥患者的治療方法，而DNA去甲基化劑可能是女性XLSA患者的一種有希望的新療法。