國衛院、高醫大與清大攜手解碼原肌球蛋白3基因突變與先天性肌病之關係並篩選解藥 為罕病患者帶來曙光

國衛院、高醫大與清大共同利用斑馬魚模式研究原肌球蛋白3的新生突變造成先天性肌病之機制,並利用此平台篩選出左旋肉鹼可改善肌無力,研究成果在元月份發表於國際期刊。

先天性肌病(Congenital Myopathy, 簡稱CM)是一組在臨床和遺傳上異質性相當高的肌肉疾病,其特徵是出生時肌肉無力和肌肉張力低下。目前對於先天性肌病尚無明確的治療方法。高醫大鐘育志校長也是一位小兒科醫師,從一名患有先天性肌病的男孩中鑑定出患者的原肌球蛋白3 (Tropomyosin 3, 簡稱TPM3) 基因帶有E151G新生突變,先前之報導指出TPM3的E151A突變引起CM。但是,TPM3(E151G)在CM中的作用尚不清楚。

國衛院分基所研究員喻秋華博士帶領清大研究生許博睿及清大生技所汪宏達教授利用斑馬魚模式執行相關試驗,該團隊採取的方法是:建立TPM3野生型和突變型轉基因魚模擬先天性肌病,監測轉基因魚組織病理學,游泳速度和肌耐力。通過RNAseq研究了轉基因魚肌肉的基因表達譜,並研究細胞內粒線體功能,最後篩選可改善病症之藥物

經過兩、 三年努力,研究團隊發現儘管TPM3野生型和TPM3(E151A)突變型轉基因魚外觀正常,但令人驚訝的是,一些TPM3(E151G)突變型轉基因魚在F0和F1成魚中都沒有尾巴或彎曲的身體。肌肉組織化學染色顯示TPM3(E151G)突變呈現肌纖維類型不均衡,而TPM3(E151A)突變型類似於線狀體肌肉病變。

通過DanioVision斑馬魚軌跡追蹤分析系統和T形迷宮(T-maze)測量幼魚及成魚的游泳速度,TPM3(E151G)突變型轉基因魚的游泳速度明顯慢於TPM3野生型和TPM3(E151A)突變型魚,最後在臨海研究站曾庸哲博士協助下利用泳動機(swim tunnel ) 確認TPM3(E151G)突變型轉基因魚的肌肉耐力顯著低下,也有粒線體功能衰退的問題。

為了找出解藥,研究團隊測試了多種藥物,發現只有左旋肉鹼可改善TPM3(E151G)突變型轉基因游泳速度及肌耐力,並發現左旋肉鹼可通過恢復粒線體的功能和增加ATP來提高肌耐力。通過RNAseq轉錄組學分析肌肉樣本的全基因表達,並揭示TPM3(E151G)突變型轉基因斑馬魚大量降低細胞膜鈉,鉀和鈣通道途徑的基因表現,通過左旋肉鹼治療可挽救基因表現,並營救TPM3(E151G)突變型轉基因魚中脂肪酸代謝失調。

經由上述結果得知, TPM3(E151G)和TPM3(E151A)突變型表現出不同的致病性,也具有獨特的基因調譜,但是離子通道在兩個突變體中均被下調,但脂肪酸代謝失調及粒線體功能衰退只發生在TPM3(E151G) 突變型,因此可利用左旋肉鹼可改善TPM3(E151G) 突變造成的肌無力,提供了TPM3病理生理作用的潛在機制,並為與TPM3相關的先天性肌病的治療方法之未來發展提供新的思惟。研究成果在2021年1月12日發表於生醫科學雜誌(J Biomed Sci. 2021 Jan 12;28(1):8)。

研究團隊所有參與人員辛勞地全省跑透透,終完成利用斑馬魚模式平台篩選出左旋肉鹼可改善肌無力之試驗。圖/國衛院分基所提供