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研究與創新

科大研究人員使用超分辨顯微鏡揭示罕見呼吸道疾病的發病機制

09 產業、創新和基礎設施
科大生命科學部劉振教授研究團隊。該研究主要由博士研究生武洋(左二)完成,梁彬潤,曹佳穎,黃珮儀同學亦對此研究有突出貢獻。

科大生命科學部劉振教授研究團隊。該研究主要由博士研究生武洋(左二)完成,梁彬潤,曹佳穎,黃珮儀同學亦對此研究有突出貢獻。

帶有RPGR變異的患者細胞中,纖毛顯得稀疏短小且幾乎靜止不動。這種纖毛功能障礙,可以透過藥物抑制纖維狀肌動蛋白積聚的異常堆積來得到改善。

帶有RPGR變異的患者細胞中,纖毛顯得稀疏短小且幾乎靜止不動。這種纖毛功能障礙,可以透過藥物抑制纖維狀肌動蛋白積聚的異常堆積來得到改善。

香港科技大學(科大)研究團隊發現特定基因突變會引發罕見呼吸道疾病的病因,並剖析了細胞結構「纖毛」的關鍵作用。纖毛是細胞表面伸出的微小的毛髮狀細胞器,具有感知或運動功能。在眼睛中,感光細胞依靠「感覺纖毛」來維持視覺功能;呼吸道表面則佈滿運動纖毛,負責清除肺部黏液和吸入的病原體。

視網膜色素變性GTP酶調節因子(RPGR)基因突變,會同時影響感光細胞的感覺纖毛和呼吸道的運動纖毛。RPGR基因突變會影響感覺纖毛,導致視網膜色素變性;而對於運動型纖毛,RPGR基因突變亦會造成一種罕見的運動纖毛病——原發性纖毛運動障礙(PCD)。由於運動型纖毛失去功能,PCD患者常伴有慢性鼻竇炎,支氣管炎, 反覆性肺部感染,心臟疾病,以及不孕不育等症狀。然而,並非所有攜帶RPGR突變的患者都會出現呼吸道症狀,而過去一直無法釐清,究竟是哪些特定變異才會讓人易患 PCD。 

為闡明RPGR功能缺失如何影響運動纖毛並導致呼吸道疾病,由科大生命科學部劉振教授領導的研究團隊,結合類器官培養、超分辨顯微鏡和活細胞成像等技術,對來源於帶有RPGR變異患者的鼻腔多纖毛細胞和通過基因編輯技術構建的RPGR基因敲除多纖毛細胞,進行了深入研究。該研究成果已刊登於國際權威期刊《The Journal of Clinical Investigation》,為此疾病的機制提供了新的見解。 

研究團隊與多倫多病童醫院及卑詩省兒童醫院的醫生進行了密切合作,分析了32名攜帶不同RPGR突變的患者病例,發現纖毛結構不但有缺陷和排列紊亂,導致纖毛無法正常擺動,甚至失去了擺動的協調性。為探究RPGR如何調控運動纖毛,團隊結合多種超分辨成像技術觀察,發現無論是患者細胞還是RPGR基因敲除的多纖毛細胞,其細胞膜表層均出現了異常並致密的纖維狀肌動蛋白網狀結構。與此同時,研究者發現,通過藥物破壞這些異常堆積的纖維狀肌動蛋白,可以使受損的纖毛功得到顯著改善。 

該研究揭示了RPGR基因在調控細胞膜表層纖維狀肌動蛋白動態變化中的獨特作用,從而協調多纖毛發生過程,維持正常的纖毛擺動。這項研究發現的致病機制以及建立的方法,在診斷和治療PCD上,具有潛在的臨床應用價值。此外,這項成果也與科大新成立的醫學院及轉化醫學相關研究的發展方向高度契合,充分展現了大學落實科研成果轉化的決心。
 

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