中国罕见病科研及转化医学大会由瑞鸥公益基金会于2022年发起，旨在促进全球罕见病科研与转化的学术交流，并搭建产学研医患多方交流与合作的平台。截至目前，大会已于2022年11月(杭州)和2024年5月(上海)举办两届。

      第二届中国罕见病科研及转化医学大会设有20个议题，邀请了来自全球20个国家和地区159余位从事罕见病科研与转化的专家学者进行学术交流。大会共计1680人注册参会，会议期间举办实地走访、线下交流15场，专题研讨会及卫星会10场。

讲者 管敏鑫
浙江大学求是讲席教授、遗传学研究所所长
浙江大学 - 多伦多大学遗传学与基因组医学联合研究所所长

      首先感谢黄涛生老师邀请我来为大家介绍我们的工作。今天，我想以一个线粒体疾病的案例来展开讲述。这几年罕见病在国内受到了广泛关注，我今天要讲的线粒体罕见病，我们已经研究了二十多年。具体我将以一位患有线粒体Leber’s病的病人的案例来给大家讲一下相关工作应该如何展开，这个案例分享也许对整个罕见病的研究很有参考价值。

线粒体的基本概念与
线粒体遗传疾病的研究背景

      首先，我讲一些基本的概念，研究细胞就是关注它的演化、遗传、稳态、能量。研究线粒体就要关注四个问题，一是线粒体本身是一种细胞器，二是线粒体是携带DNA遗传的，三是为避免可能引起疾病需要维持稳态，四是线粒体为人体细胞代谢提供能量。我们通常说祖国是母亲，这个说法有没有遗传学基础呢?从遗传学角度看，孩子的线粒体都是从母亲那里遗传来的。对于一个男孩子来说，他从母亲那里继承了X染色体，从父亲那里继承了Y染色体，所以妈妈比爸爸多贡献了800个基因，所以我们把祖国称为祖国母亲，而不是祖国父亲，这种说法是有道理的。

      我们都知道，线粒体的一个重要功能就是提供能量，我们每天摄入大量食物，这些食物在体内通过线粒体产生能量。如果线粒体产生能量不足了，就会引发疾病，所以线粒体很重要。我把线粒体提供的能量ATP称为energy cash，就像人民币、美元、欧元、日元那样，是可以直接使用的货币。

      我简单科普一下线粒体遗传的特点，就是女传男不传。线粒体DNA都来自于母亲，精子的线粒体在与卵子结合的时候会全部分解掉，受精卵中剩下的线粒体都是母亲的线粒体DNA。所以，如果是线粒体遗传疾病，那么儿子就有可能患病，但是儿子的后代通常是正常的。PPT上展示的就是线粒体基因组的遗传特点，我就不讲太多了。

      涛生教授已经讲了线粒体和很多疾病之间的关系。我们的研究聚焦在眼睛，同时我也做过很多关于耳部疾病的研究，尤其是药物性耳聋，这方面的工作我也开展了三十多年，并且前段时间还去美国做了一个相关的报告。

      今天我要报告的是关于眼睛的罕见病。PPT上展示的就是这种疾病基本的概念，这种疾病是由线粒体基因突变引起的。目前面临的问题是致病机制复杂，治疗手段缺乏。这也是整个罕见病研究面临的共同的问题和挑战，第一个是致病机制难以明确，第二个是效应机制复杂，第三个是没有好的治疗手段。

      我在浙大担任了8年的医学部常务副主任，负责指导整个医院的工作，后来我发现医院里的工作就是做三件事，第一件是明确对象，病人患的是什么病，第二件是探究病因，为什么发病，第三件是制定对策，我们如何应对这种病。所以我们做的研究基本上是从这几个角度出发的，刚才两位教授讲到疾病阻断的问题，比如运用“三亲婴儿”的手段，就是一个很好的例子，医院罕见病的研究过程当中要讲的也是这三件事。

      我们实验室的工作都是围绕线粒体疾病，主要聚焦在PPT上展示的这几个方面。线粒体疾病的机制很复杂，前面讲过线粒体疾病是由线粒体基因和核基因引起的，这两种因素总结来说一个是母系遗传，还有一个是我提出来的，叫混合遗传，实际上有些线粒体疾病是两个因素相互作用引起的。

线粒体Leber’s病的
临床特征与遗传模式

      我们研究团队关于Leber氏遗传性视神经病变的工作是从2002年开始的，到现在有20多年了。研究内容第一个是队列，我们针对这种罕见病在全国研究了2000多个家系，这也是全世界最大的家系，第二个是遗传的模式，第三个是基因的特点，最后一个是治疗的方法。

      这种病是一种罕见病，和其他疾病不一样的地方在于它通常是在18-19岁发病，发病群体以男孩子为主，发病的人相当于高考的学生，高考之前眼睛看不见了。有的男孩子失恋，然后发现眼睛出问题了。现在的孩子每天看手机时间太多了，所以眼睛出了问题。这种病在1871年就被德国一位有名的医生Leber发现了。关于这种疾病的研究一直不清楚，直到后来Emory大学的Douglas Wallace教授研究发现了致病基因定位在线粒体上的ND4位点的突变。

      概括一下接下来我要讲的内容。第一，这种病的临床有什么特征;第二，它的遗传有什么模式;第三，它的线粒体突变是怎么样的;第四，有没有找到治疗的方法。

      这种疾病的临床特征表现为在发病急性期，患者的视力一点点下降，基本上两个眼睛会同时或者先后出现视力丧失的情况，一般一个月之内就会完全丧失视力。我们合作的一位患者来自河南，在读MBA的时候眼睛看不见了。那么这种疾病的问题出在哪里呢?它的发病部位就是眼睛的视网膜神经，影响了光信号的传导。Wallace给我们提供了一只视力障碍模型的老鼠，我们在老鼠模型上做了一系列的研究，发现该病的影响范围跟原来的表型不完全一样，它不仅会影响到视神经节细胞，也会影响到光感受器。

      对第二个问题，我们开展了队列研究。从2004年到现在，我们通过与温州医科大学合作，收集了2000个家系，这是全世界最大的家系。通过对这些家系的研究，我们发现绝大部分家族并没有表现出遗传性，一个家族通常只有一个人发病，这和西方的研究结论不一样。我们就看这些家系，比如PPT上展示的这一家系是山东泰安的，基本上是每个人都发病，而另一个家系则是一个人发病，我们研究的国内的绝大部分家系都是只有一个人发病。这就引出了一个问题，为什么绝大部分家系是一个人发病?线粒体的突变是一样的，为什么会出现不一样的情况呢?因为西方人只研究了几个家系，而我们研究了2000个家系，对这种疾病的认识跟西方人是完全不一样的，西方的报道很多，但是研究内容和结论不一定正确。他们认为线粒体病遗传是母系遗传，但是我们提出是混合遗传，是两种遗传模式，不是一种遗传模式。

线粒体Leber’s病的
线粒体突变与致病机制探究

      针对第三个问题，我们把所有病例的线粒体基因都检测了遍，发现很多新突变，并且是我们中国人特有的突变。我们首先比较了一下突变谱，与西方报道相比，中国人不同突变的比例是不一样的。比如PPT上的这三个突变，在我们实验室测出的中国人的突变比例占了不到50%，而西方的报道是90%多。

      接着，我们找到了新的位点，比如在PPT上的这个位点本来翻译的是蛋氨酸，突变后变成了苏氨酸。基于此我们得出了一个结论，疾病的产生实际上是三重打击的结果，一重打击是线粒体突变，但这种打击不足以造成症状，所以需要第二重打击，核基因的修饰，第三重打击就是过度应激。这就像一辆出了故障的车，一个基因突变就像一个零件坏了，再加上另一个突变，比如离合器坏了，当达到一定阈值时就会发病，就像车停在了路上。

      两个突变体现的是母系遗传，而不是一个突变就体现母系遗传，所以早期单个基因突变就体现为母系遗传的说法是错的，这就颠覆了西方人提出的观点。此外，双突变发病案例特别多，对此我们做了一个功能分析，发现两个突变比一个突变发病率高，而且体现为母系遗传的方式。

      另外，中国人的遗传背景跟西方人不一样。西方人，尤其是欧洲人主要是M、J、H型比较多，我们主要是D型。这就像血型一样，线粒体基因组有不同的基因表型，西方的遗传背景从非洲出发，到了北方后需要热量，因此西方跟我们完全不一样，即便是线粒体突变也是一样的情况，所以不能完全用西方的经验知识来解决我们中国的罕见病。基于此我提出了新的与西方不同的观点，突变模式有两种，一种是两个突变一起发生的时候是母系遗传，而另一种，在中国的大部分病例是混合遗传。

      下面我谈谈1500个核修饰基因编码的问题。首先有几个证据可以支持这一点，一个是表型的差别，另一个是线粒体突变不发病，进一步的证据就是如果有突变位点发病更严重，而绝大部分人不发病。欧洲曾报道PPT上展示的这个位点，但是30年过去了，他们对其背后的发病机制仍然不清楚。我回到浙大后发现的第一个基因是YARS2基因的突变，但是这个基因突变的比例不一样，一般正常病人是11.5%，我们研究发现的比例是1%以下，所以，一个位点突变不会发病，单个核基因突变也不会发病，两个基因同时突变才会发病。

      PPT上展示的是二聚体的结构。这张PPT上展示的是氨基酰化的tRNA，这个胶很难跑，可以看到在患者组中含量明显降低。然后看蛋白质的合成，比较核多肽的差异，有的蛋白表达没有发生改变，有的发生了改变。因此我们可以看出YARS2基因变化影响了复合体II的表达改变，也就符合我们提出的双重打击的观点。此外在细胞实验上，我们做了YARS2敲除模型，发现YARS2的突变影响了复合体IV的表达的改变。

      第二个对这种疾病的很重要的问题，基因突变的线粒体在很多组织中都有，为什么只影响眼睛，我们通过研究分化的iPSC(诱导多能干细胞)研究这一问题，PPT前一页的两篇论文是这方面很经典的工作。我们从患者身上获得iPSC，定向分化为视神经节细胞，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术矫正突变，影响它的分化、形态学、线粒体的功能和电生理的功能。一系列的证据表明，这个突变促进细胞的凋亡。这一张PPT是对我们这部分工作的总结，这个突变本身会引起线粒体功能异常，而YARS2的突变会使这个突变进一步恶化，但是基因编辑可以达到拯救细胞的目的。

      接下来简单讲一下X-linked修饰基因的鉴定。我们花了很多年，通过外显子测序，在来自山东泰安的家系，找到了世界上的首例YARS2突变基因。这个基因的predomination是什么意思呢?就像国庆观礼时，解放军的队列是一队一队排列整齐的，不是无序的，这个基因实际上和线粒体的序列有关系。我们做了一个小鼠模型，还有电生理实验，我们发现两个突变一起发生会使症状更加恶化，我们得出了一个结论，m.11778G＞A突变本身是不足以造成症状的，而PRICKLE3的突变加重它达到阈值，老鼠的敲除模型肯定就会出现症状。

线粒体疾病的
治疗方案与

      家长对线粒体疾病的治疗方案可能更关心。线粒体疾病有几种可能的治疗方案。第一种是代谢的治疗，比如大家常提到的辅酶Q10.急性期最好直接补充ATP，ATP药物的价格也很便宜。我们常说“缺什么补什么”，我想对家长们说，在急性期紧急给孩子补充ATP是有效的。第二种是选择性治疗，第三种是干细胞治疗，还有一种是前面讲过很多次的基因治疗，前面两位讲者讲到了基因替代疗法。

      我来介绍一下已经开始的基因治疗的工作，现在进展到了临床三期。它针对的是ND6的基因和ND4的基因，不是tRNA的基因。具体做法就是在线粒体突变表达的蛋白，首先加上一个target sequence，也就是信号肽。突变基因的密码子和正常的基因不一样，我们加上信号肽之后让它变成一个嵌合体，然后这个嵌合体就可以进入线粒体内部。现在Leber’s病的研究已经到了临床三期，我负责的一个项目就是关于线粒体基因治疗的科技部研发计划，但是治疗过程中有一个很重要的东西，就是剂量的控制。这就好比解放军的队列，如果有一个矮个子士兵需要被替换，只能换一个人进去，如果一下子冲进去几个人，就会把队列冲乱。这个工作已经走到了临床，是国内推进最快的，也是线粒体基因治疗最成功的案例。

      我们二十几年的工作，总结一下就是PPT上呈现的这几件事。第一，我们有2000个家系的大队列。第二，我们提出了两种遗传模式。第三，我们发现了新的突变位点。第四，我们提出了新的致病机制。最后，我们找到了一些治疗方法。我研究了30年罕见病，所以我觉得这个工作可能对整个罕见病的研究包括治疗来讲很有参考价值。

      围绕这个疾病，我们发表了60篇文章，拿到了国家科技进步二等奖，也撰写了临床指南。关于临床究竟应该怎么诊断，这个工作首先要感谢福建医科大学的童绎教授，童教授一辈子都在研究罕见病，没有他的帮助，我们的工作无法推进。此外，我们也跟黄涛生教授合作。

      谢谢，生活应该像天堂一样，大家要享受生活。

来源：瑞欧公益基金