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研究与创新

科大研究人员使用超分辨显微镜揭示罕见呼吸道疾病的发病机制

09 产业、创新和基础设施
科大生命科学部刘振教授研究团队。该研究主要由博士研究生武洋(左二)完成,梁彬润,曹佳颖,黄佩仪同学也对此研究有突出贡献。

科大生命科学部刘振教授研究团队。该研究主要由博士研究生武洋(左二)完成,梁彬润,曹佳颖,黄佩仪同学也对此研究有突出贡献。

带有RPGR变异的患者细胞中,纤毛显得稀疏短小且几乎静止不动。这种纤毛功能障碍,可以通过药物抑制纤维状肌动蛋白积聚的异常堆积来得到改善。

带有RPGR变异的患者细胞中,纤毛显得稀疏短小且几乎静止不动。这种纤毛功能障碍,可以通过药物抑制纤维状肌动蛋白积聚的异常堆积来得到改善。

香港科技大学(科大)研究团队发现特定基因突变会引发罕见呼吸道疾病的病因,并剖析了细胞结构「纤毛」的关键作用。纤毛是细胞表面伸出的微小的毛发状细胞器,具有感知或运动功能。在眼睛中,感光细胞依靠「感觉纤毛」来维持视觉功能;呼吸道表面则布满运动纤毛,负责清除肺部黏液和吸入的病原体。

视网膜色素变性GTP酶调节因子( RPGR )基因突变,会同时影响感光细胞的感觉纤毛和呼吸道的运动纤毛。RPGR基因突变会影响感觉纤毛,导致视网膜色素变性;而对于运动型纤毛,RPGR基因突变也会造成一种罕见的运动纤毛病——原发性纤毛运动障碍( PCD )。由於运动型纤毛失去功能,PCD患者常伴有慢性鼻窦炎,支气管炎,反复性肺部感染,心脏疾病,以及不孕不育等症状。然而,并非所有携带RPGR突变的患者都会出现呼吸道症状,而过去一直无法厘清,究竟是哪些特定变异才会让人易患PCD。

为阐明RPGR功能缺失如何影响运动纤毛并导致呼吸道疾病,由科大生命科学部刘振教授领导的研究团队,结合类器官培养、超分辨显微镜和活细胞成像等技术,对来源于带有RPGR变异患者的鼻腔多纤毛细胞和通过基因编辑技术构建的RPGR基因敲除多纤毛细胞,进行了深入研究。该研究成果已刊登於国际权威期刊《The Journal of Clinical Investigation 》 , 为此疾病的机制提供了新的见解。

研究团队与多伦多病童医院及卑诗省儿童医院的医生进行了密切合作,分析了32名携带不同RPGR突变的患者病例,发现纤毛结构不但有缺陷和排列紊乱,导致纤毛无法正常摆动,甚至失去了摆动的协调性。为探究RPGR如何调控运动纤毛,团队结合多种超分辨成像技术观察,发现无论是患者细胞还是RPGR基因敲除的多纤毛细胞,其细胞膜表层均出现了异常并致密的纤维状肌动蛋白网状结构。与此同时,研究者发现,通过药物破坏这些异常堆积的纤维状肌动蛋白,可以使受损的纤毛功得到显著改善。 

该研究揭示了RPGR基因在调控细胞膜表层纤维状肌动蛋白动态变化中的独特作用,从而协调多纤毛发生过程,维持正常的纤毛摆动。这项研究发现的致病机制以及建立的方法,在诊断和治疗PCD上,具有潜在的临床应用价值。此外,这项成果也与科大新成立的医学院及转化医学相关研究的发展方向高度契合,充分展现了大学落实科研成果转化的决心。

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