用基改幹細胞治療表皮分解性水疱症

這個禮拜看到好幾個新聞報導這篇研究，今天終於有時間看看到底是什麼。

事情是這樣的，2015 年六月的時候有位病危的七歲男孩在德國接受治療，他患有罕見的皮膚病，叫 junctional epidermolysis bullosa (JEB)，這類病患又被稱為蝴蝶小孩(butterfly children)，因為他們的皮膚跟蝴蝶的翅膀一樣脆弱，稍稍用力就脫落了。這個疾病是基因突變造成的，LAMA3 (laminin α3), LAMB3 (laminin β3) 和 LAMC2 (laminin γ2)這三個基因只要有其中一個突變，就會致病。Laminin 是由三個不同蛋白組成的，分別為 subunits α, β 和 γ，而致病的這三個基因產生的蛋白會組成 laminin-332 (332 指的是這三個 subunits 的編號 ；aka laminin 5)，這些蛋白負責把最上層表皮細胞(epidermis)銜接到下層的細胞(dermis)，如果缺少這些蛋白，那表皮的細胞會因為輕輕的擦傷就脫落，因而容易造成感染。目前唯一的治療方法，就是不斷的包紮(就像燒傷病患那樣)，光是這樣每年就要花費近十萬美元，有超過 40% 的小孩在進入青春期前就過世了。在美國，平均兩萬個小孩會有一個患有此病，也就是每年約有兩百位蝴蝶小孩。

這篇論文裡的患病男孩，突變的基因為 LAMB3，他背部和腿上的肌膚幾乎全無，其他部分的皮膚則是起泡化濃。此論文的作者，同時也是德國 Ruhr University 的整形外科醫生 Dr. Tobias Hirsch 說本來也以為這位男孩會死，因為那時男孩已遭受多重細菌感染，失去身上約 80% 的表皮細胞，而燒燙傷中心試著移植他父親的皮膚給他時，卻都出現排斥反應。最後他求助於義大利 University of Modena and Reggio Emilia 的幹細胞專家 Michele De Luca。De Luca 之前已治療過兩位 JEB 病患，他利用基改技術把正常的基因送進皮膚幹細胞，培養了以後移植到病患身上，不過那兩位的病患都沒這位七歲男孩這麼嚴重。2015 年九月，De Luca 和其研究團隊在男孩的腹股溝取出四平方公分(4 cm^2)的正常肌膚，培養其中的皮膚幹細胞，然後用病毒(retrovirus)把正常的 LAMB3 基因送進幹細胞，正常的 LAMB3 會嵌入幹細胞的基因體內。修正過後的幹細胞培被養成整片皮膚，培養的面積足以覆蓋住所有裸露(沒有表皮細胞)的部位，之後移植到男孩的身上，經過兩次的移植手術後，大部分的新皮膚開始增生，且新長出來的皮膚是正常的，不會起泡化濃。男孩在去年二月出院。

正常的 LAMB3 被送進幹細胞內後，會隨機嵌入基因體內不同的地方，因此有造成癌症的疑慮，Hirsch 和他同事在做此治療後，有取一些新增的表皮細胞做定序，發現大部分是嵌進 non-coding regions，少部分是嵌進和癌症沒關係的基因裡。他們也把嵌入的位置做比較，看哪幾個位置比較常發生。當體外培養這些幹細胞時，會出現三種細胞株：holoclones, parachlones 和 meroclones。Holoclones 是會不斷增生的，裡面有會自我更新(self-renewal)的為已分化細胞；paraclones 是分化過的細胞，只保有一點 self-renewal 的能力；meroclones 則是在兩者之間。Hirsch 他們比較了移植後不同時間點(四、八和 21 個月後)的細胞的定序結果，發現大部分的基改幹細胞在移植幾個月或消失，但有小部分則會繼續分裂增生，長成新的表皮細胞，這些少數的細胞就是 holoclones。

這個個案顯示基因治療結合幹細胞治療是可行的，之後在其他病症可以利用 CRISPR 修正幹細胞裡突變的基因。我覺得這個治療和之前日本用幹細胞治療黃斑病的有點類似，同樣是用自己的幹細胞治療患者本身無法持續細胞增生的部位，只是在這個病例中，移植的部位非常的大。



延伸閱讀：

日本的再次突破：用 iPS cells 於臨床治療(黃斑病)


Articles:

Science News / Scientists replaced 80 percent of a ‘butterfly’ boy’s skin (2017)

The Scientist / Child Receives Transgenic Skin Over Most of His Body (2017)

Science / A boy with a rare disease gets new skin, thanks to gene-corrected stem cells (Nov 2017)

Nature / Skin regeneration with insights (2017)

M Aragona & C Blanpain, Gene therapy: Transgenic stem cells replace skin. Nature (2017)


Papers:

T Hirsch et al, Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells. Nature (2017)

F Mavilio et al, Correction of junctional epidermolysis bullosa bytransplantation of genetically modified epidermalstem cells. Nature Medicine (2006)