冰桶挑战发起者之一去世：只活了34岁的他，让全世界认识了渐冻症

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弗拉泰斯与他的家人（图片起原：DAVID L RYAN/GLOBE STAFF） [转载出处：www.ii77.com]

还记得“冰桶挑战”吗？

2014年，冰桶挑战公益运动火遍全球。被点名的人要么接管挑战、被冰水浇头，要么选择向研究肌萎缩侧索硬化症（ALS，也称渐冻症）的机构捐出100美元。这场运动让ALS受到空前未有的存眷，也为ALS筹集了大量研究经费。

就在昨天，这场运动的提议者之一，34岁的ALS患者皮特·弗拉泰斯（Pete Frates）在美国马萨诸塞州的家中作古。

肌萎缩侧索硬化症，是一类极其凶险的罕有疾病。患者脑部和脊髓的活动神经元陆续灭亡，是以其运动能力、迅速水平、说话能力和吞咽功能下降，只能眼睁睁地在轮椅上看着本身的身体被疾病吞噬。大多数患者会因呼吸衰竭在3~5年内作古。

冰桶挑战在一起头与ALS无关。直到2014年7月，美国佛罗里达州的高尔夫活动员克里斯·肯尼迪（Chris Kennedy）接管了这项在其时还鲜为人知的挑战。在考虑下一个方针时，他想到了ALS患者安东尼·塞内尔基亚（Anthony Senerchia）。于是，他点名塞内尔基亚的老婆接管挑战，进展借此为ALS患者的家庭带来一些欢欣。很快，挑战经由帕特·奎因（Pat Quinn）传到了他的同伙弗拉泰斯那边。

弗拉泰斯曾是波士顿学院棒球队的队长。2012年，27岁的弗拉泰斯被诊断患上ALS，不光告别了棒球场，活动神经元的受损也让他的身体状况日就衰败。但在死神的阴霾下，弗拉泰斯依然连结乐观，他拍摄被浇水的视频、为ALS协会筹集资金，成了第4位为了ALS进行挑战的人。

弗拉泰斯（图中坐轮椅者）与马萨诸塞州官员进行冰桶挑战。（图片起原：Charles Krupa/AP）

在上传挑战视频至Facebook时，弗拉泰斯添加了#StrikeOutALS的标签。在那之后，冰桶挑战起头在收集上敏捷流传，并激发伟大的惊动。包罗马克·扎克伯格、比尔·盖茨、莱昂纳多·迪卡普里奥、勒布朗·詹姆斯在内的浩瀚名人也纷纷响应，列入了挑战。短短8周时间内，Facebook用户就发布了跨越1700万条挑战视频。凭据《波士顿全球世报》的数据，冰桶运动共募集到1.6亿~2.2亿美元，用于ALS的科学研究、患者和社会办事等。

这篇原载于《全球世科学》2017年7月刊的文章，讲述了ALS是若何让患者逐渐损失运动能力的，而且介绍了科学家在寻找ALS药物中的最新进展。基于基因静默手艺、基因测序手艺、生物标记物的早期诊断和药物疗法，我们看到了治愈ALS的曙光。

撰文：莱昂纳德·彼得鲁切利（Leonard Petrucelli）、阿龙·吉特勒（Aaron Gitler）

翻译：刘晓鲁 樊东升

肌萎缩侧索硬化症（ALS）的显现往往悄无声息。染病初期虽无痛苦，但患者神经细胞支配骨骼肌的能力受到影响。他们会显现一些细微的症状，如走路磕绊、动作拙笨和口齿不清。而这些症状经常会被轻忽。因为有名棒球活动员卢·格里克（Lou Gehrig），这种疾病才走进了公家视野。卢·格里克曾被誉为铁马，一连14年交战跨越2130场竞赛。他于1939年6月被确诊为ALS，一个月后就在扬基体育场悲壮退役。卢·格里克的病情成长敏捷，昔时12月就亏弱到无法列入本身入选名人堂的典礼了。跟着病势加重，他最终卧床不起，并于1941年竣事了年仅37岁的生命。

每年，美国有跨越6000人确诊为ALS。染病岁数多为50~60岁，但也有患者是在很年青年头或许80岁的时候发病的。发病时，脑部和脊髓的活动神经元会起头灭亡，而这些细胞的功能是从大脑经脊髓向肌肉发出旌旗。是以这将导致患者的运动能力、迅速水平、说话能力甚至吞咽功能下降。大多数患者脑部高级认知功能并未受损，只能眼睁睁地看着本身的身体一点点地被疾病吞噬。他们很快就被困在轮椅上，逐渐损失交流、进食或呼吸的功能，大多数患者会因呼吸衰竭在3~5年内作古。美国食品及药品治理局（FDA）独一核准用于治疗ALS的药物——谷氨酸阻滞剂利鲁唑（glutamate blocker riluzole）——平均也只能耽误患者3个月的生命，但尚无方式将其治愈。

法国精神病学前驱让-马丁·沙尔科（Jean-Martin Charcot）在1869年首次提出并定名该病，经由“肌萎缩侧索硬化”这个名称归纳了此病的特点：“肌萎缩”指肌肉缺乏营养；“侧索”是脊髓的一个区域，这是灭亡的活动神经元地点的位置；“硬化”则是指神经退化过程中的组织硬化或瘢痕化。沙尔科所描述的疾病特点简练清楚，但近一个半世纪以来，ALS的复杂性仍使研究人员深感疑心。尽管这是一种致命的疾病，但不知为何，也有约10%的患者生存期达到10年以上。这部门患者中就包罗有名物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking），他已在ALS的熬煎下生活了50余年。最近的研究显露，情况身分对诱发ALS仅起到很小的感化，或者只是增加了携带易感基因的人群的染病风险。最让人感应疑心的是疾病发生的随机性，只有不足10%的病例是由怙恃遗传给孩子，其余的病例都是非遗传性或许说披发性的。

在曩昔10年里，精准的测序手艺使我们在生物学层面临疾病有了更深的认识。越来越多的研究显露，很多分歧的基因都跟这种疾病有关，它们零丁表达或配合感化，增加了个别的染病几率。一些基因突变甚至与70%以上的家眷性ALS和约10%的披发性ALS相关。反过来，这些新的基因研究也为更好的治疗指出了偏向。基因静默手艺是某些ALS潜在的治疗手段，感化于特定方针基因的两种药物有望在本年进行临床试验。与此同时，研究人员也在寻找特异性的生物标记物，包罗体液或脑电运动中的可测量成分，这将有助于临床大夫早期诊断和定量评估疾病进展。这些生物标记物对其他药物的研发也很有匡助。

大多数家眷性ALS患者有50%的几率把疾病遗传给下一代。尽管在患者中只占很小的比例，他们极大地加深了人类对ALS遗传机制的认知。关于ALS的第一个遗传学发现，是在1993年确认了SOD1基因突变，约20%的家眷性ALS患者都携带有这种突变。SOD1基因负责编码的是抗氧化物超氧化物歧化酶（antioxidant enzyme superoxide dismutase），这种酶的感化是将高回响性超氧化物分子转化为无害的形式。

起先，研究人员推想SOD1突变或者削弱了酶的抗氧化能力，导致氧自由基对活动神经元造成损坏。二十多年后，我们知道情形并非如斯。突变导致酶的感化超出了正常领域，细胞获得了一些新的功能，这种情形被科学家称为毒性功能获得（toxic gain of function）。

更为严重的是，这些新显现的功能导致了神经元内某些卵白形态的改变。经由对ALS患者进行尸检，研究人员发现绝大多数患者都有一个典型的脑病理特征，那就是活动神经元内的卵白群集。若想让神经元正常工作，组建细胞构造的卵白必需要有效地轮回起来，但在ALS患者的细胞中，这一轮回系统已彻底溃逃。包罗酶在内的所有卵白质，在细胞内合成时都需要连结精准的三维构造才能施展正常的功能，基因突变则会导致个体卵白因错误折叠而群集。显现这种情形时，细胞会经由泛素这一分子标记物，将构造非常的卵白标记出来并消灭掉。但若是消灭系统的负荷过重，垃圾就会逐渐聚积。在某些家眷性ALS患者的活动神经元中，就可以发现大量泛素标记的SOD1卵白群集。

ALS研究范畴最主要的里程碑显现在2006年，科学家将目光转移到不携带SOD1突变的ALS患者身上。他们发现了另一种被称为TDP-43的卵白。这种卵白群集在几乎每一位患者的活动神经元内。TDP-43卵白的功能是调节信使RNA的活性，而信使RNA既是基因信息的复制者，又是编码合成卵白质的模板。TDP-43与信使RNA连系，指导后者在细胞核内的转录过程，随后将信使RNA输送到细胞内的相关区域，在RNA翻译成卵白质的过程中施展主要感化。然而，在ALS患者体内，TDP-43不知为何脱离了细胞核。它们群集在细胞质中，有时还会吸引更多的这类卵白进入细胞质。科学家仍在索求，这一过程中的TDP-43事实是导致了功能缺失（因其脱离细胞核）照样毒性功能获得（因其在细胞质中群集），照样两者兼而有之。

科学家发现大多数患者体内都邑显现TDP-43的群集后，他们便着手研究这种卵白的基因TARDBP，并在一些遗传家系中发现了罕有突变。这一主要冲破从理论上确定了RNA连系卵白的这一行为或者导致ALS。随后，更多介入RNA调节的卵白被确定为ALS致病身分，估计还会有更多的发现。21世纪头十年，ALS的遗传学发现呈现出井喷之势，每年都约有1~2个疾病基因被确认，但最振奋人心的发现此时还仍未到来。

这一发现源于对遗传家系的研究。2011年，两个研究团队离别报道了统一个特别的突变基因，该基因的名称也同样特别——C9ORF72。这是指9号染色体上第72个开放读码框（open reading frame，DNA序列中可编码卵白质的一段无完结暗码子打断的碱基序列）。在健康人群中，C9ORF72所包含的一段DNA序列GGGGCC的反复次数为2~23次，但在C9ORF72发生突变的人群中，这个片段的反复次数可达数百次甚至上千次。

随后的研究显露，这些过度反复的序列能够注释40%~50%的家眷性ALS病例和5%~10%的披发性病例。更为有趣的是，这一突变的发现使ALS和另一种疾病——一种名为额颞叶变性（frontotemporal degeneration, FTD）的痴呆症，竖立起了遗传学上的关联。FTD示意为显著的人格改变和决议杂沓。C9ORF72突变可引起ALS或FTD，甚至是二者相连系的ALS-FTD。在C9ORF72突变患者的神经元中也能够发现TDP-43卵白的群集，这两种疾病是以竖立起了此外一种关联。这种关系性意味着，ALS和FTD或者是相关疾病谱系的一部门，然则统一个基因的突变为何会导致如斯分歧的症状仍不得而知。

研究人员提出了3种细胞机制来注释这个神秘基因的突变是若何导致ALS的。第一种注释是，DNA反复片段会干扰信使RNA，使其无法完成遗传暗码的正常转录和翻译，影响了卵白的合成。固然这些卵白切实切功能尚不清楚，但这无疑会导致其功能的降低；第二种注释是，反复序列或者会引起RNA的群集。它们在神经元的细胞核内形成群集物，捕捉RNA连系卵白（RNA-binding protein），从而使其无法施展正常功能，导致了毒性功能获得；第三种注释是，当一小我的C9ORF72基因发生突变，扩增的反复序列被翻译为易在核内群集的非常卵白，这种分子生物学改变最终导致了毒性功能获得。

迄今为止，已有的证据更支撑“C9ORF72突变引起ALS是毒性功能获得所致”如许的揣摩，但尚不清楚的是，RNA群集和卵白群集谁是更要害的致病身分。不外这也没关系，正在研发的治疗策略将同时阻断突变基因发生RNA和卵白质的能力。

基因静默手艺是治疗神经退行性疾病最有前景的手艺之一，这项手艺使用了合成的反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）。

ASO分子能够识别特定基因的信使RNA，并与之连系。ASO与RNA连系后，会激活一种核酸酶，冲击RNA-ASO复合体。实际上，ASO能够选择性地损坏任何突变基因的RNA。在针对C9ORF72突变的啮齿动物的研究中，科学家合成了反义分子（antisense molecule），用它来损坏活动神经元中RNA群集而成的团块。究竟发现，这种反义分子不光能够损坏RNA团块，也能损坏非常卵白的团块，甚至能够避免新的卵白群集体的形成。

靶向感化于C9ORF72基因的反义药物（antisense drug）正在进行临床试验。研究人员也为SOD1突变导致的家眷性ALS患者设计了反义药物，这项研究的早期临床试验显露鞘注给药是平安的（鞘注给药是指，经由腰椎穿刺，直接向患者脑脊液给药的一种治疗手段），药物能够经由脑脊液的举止分布在脑四周并进入活动神经元。

ASO治疗另一种神经退行性疾病——脊髓性肌萎缩症的成功，让研究人员稍微乐观了一些。这种遗传性活动神经元疾病显现在婴幼儿中，与ALS非常相似，患儿很少可以活过3岁。在近期的两项临床试验中，研究人员行使反义药物改正基因缺陷所导致的信使RNA非常，究竟惊喜地发现患儿的活动能力显著改善。FDA于是对这些试验进行快速跟踪，并于2016年12月正式核准了该药物的上市申请。

研究有明确遗传纪律的家眷性ALS，为我们更好地舆解这类疾病的生物学机制打下了根蒂。但这类病例究竟只占少数，今朝最大的挑战是研究披发性ALS患者，确定是哪些突变，让这些患者的染病风险升高了。今朝全世界的科研人员都在积极收集ALS患者的DNA样本，对海量的基因组数据进行剖析。

为了加速这项工作，遗传学家斥地了一种微芯片来协助研究，该方式能够随意地完成ALS患者和健康人群的基因组比对，在全基因组关系剖析（genome-wide association studies, GWAS）的研究中施展了主要感化。芯片首要剖析的是基因组中包含单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNP）变异的区域，这些区域的DNA信息或核苷酸在个别间的差别很大。固然GWAS是相关性研究，并不克确定是什么导致了ALS，但它能够发现可疑的差别，以进行下一步的视察。最近多项国际性的GWAS研究比对了跨越10 000例ALS患者和跨越20 000例正常人，在基因组层面发现了好多差别，这些发现今朝都进入了新的研究阶段。新手艺也使收集遗传数据变得加倍简洁，一天之内完成一小我的全基因组测序已成为实际，并且破费不会跨越1000美元。若是只测定所有外显子（基因组中编码卵白的部门）的序列，则会加倍廉价快捷。

一旦列出了与ALS易感性相关的基因突变的黑名单，研究人员就能够索求ALS相关遗传突变为什么可以增加染病风险。这些索求包罗：多个基因若何互相感化？某些形式的ALS是否存在多个突变基因？情况身分是若何诱发某些患者的疾病的？

一项新的研究显露，部门ALS甚至或者与一种逆转录病毒有关。这种病毒的DNA序列历久隐蔽在患者的基因组内，平日处于休眠状况，一旦“清醒”，病毒会在大脑内的神经元间流传，损害神经元，诱发疾病。

越来越多的研究显露，导致ALS的真凶不光仅是活动神经元的灭亡，胶质细胞在个中也起到了主要感化。

胶质细胞在脑内和中枢神经系统中数量浩瀚，甚至跨越了神经元。它们能够施展多种功能：有的为神经元供应物理上的撑持，有的可调节脑内情况，稀奇是神经元和突触四周的液体。近期关于SOD1突变小鼠的研究又有了惊人的发现：尽管活动神经元中存在毒性SOD1卵白，但只要阻断胶质细胞中突变基因的合成，就能够耽误小鼠的生存期。活动神经元似乎是疾病的缘起，而前者与胶质细胞之间的旌旗传导，则促进了疾病的成长。胶质细胞或者也会经由发生毒性因子加剧ALS，但科学家尚不清楚这种因子是什么，也不知道它们是若何施展感化的。一旦这种（或这些）因子被探明，我们就能够阻止其发生，或许阻止它们向活动神经元传递非常旌旗，如许就能延缓或治愈ALS了。

在破译ALS成因的研究中，科研人员也一向在寻找可以匡助大夫评价疾病进展的生物标记物。好比，今朝已经有研究试图在易获取的体液（如血液或脑脊液）中检测C9ORF72基因编码发生的非常反复卵白。2017年，本文作者彼得鲁切利曾揭橥文章报道称，他在ALS、ALS-FTD患者以及无症状的突变基因携带者的脑脊液中，检测到了这些非常卵白。这些检测手段将有助于疾病的早期诊断。这个范畴的其他研究则着眼于斥地影像手艺，以便在ALS患者脑内的TDP-43卵白团块冲击活动神经元之前实时检测到它们。所有这些生物标记物都能够作为评价临床试验有效性的尺度。

遗传学和基因组学的快速成长以及新的生物标记物的斥地，使ALS研究进入了精准医疗的时代。在不远的将来，患者将依据ALS类型分组，接管特定的治疗或预防。

曩昔十年，ALS研究范畴的大多数进展要归功于患者的合营，他们自愿为大规模的基因组研究进献时间和DNA。ALS患者和他们的家人也经由社交媒体提高了公家对该病的认知；他们还募集资金，支撑科学研究，为患者办事。

2014年，“ALS冰桶挑战”掀起互联网风暴。2012年，波士顿学院棒球队前队长皮特·弗拉泰斯（Pete Frates）被诊断为ALS，之后他在Facebook上发布视频向他的同伙们发出挑战——把冰水浇在头上，为ALS协会筹集资金。此举激发了伟大的惊动并获得大量名人的响应，包罗马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）、比尔·盖茨（Bill Gates）、奥普拉·温弗里（Oprah Winfrey）、莱昂纳多·迪卡普里奥（Leonardo DiCaprio）和勒布朗·詹姆斯（LeBron James）在内的浩瀚知名人士都列入了挑战。短短8周时间，Facebook用户就发布了跨越1700万条挑战视频。支撑者共捐出跨越115 000 000美元（凭据《波士顿全球世报》的数据，冰桶运动募集的经费达到1.6亿~2.2亿美元），个中67%用于科研，20%用于患者和社会办事，9%用于公家及专业教育。

ALS是一种残暴无情的疾病。卢·格里克曾在纽约扬基体育场揭橥振奋人心的退役演讲，他把本身称为“地球上最幸运的人”。而在这场演媾和他染病的新闻传出之前，大多数患者都只能悄然承受。

如今公家意识的日益提高，源自弗拉泰斯如许的人的起劲。他匡助提议的社会媒体动作极大地鞭策了ALS协会的成长，匡助这个机构把年度科研预算翻了三倍。我们对ALS生物学机制的认知会持续爆发式地增进，这将有助于科学家铺设对于致病基因的天罗地网，并在此根蒂上形成更好的治疗方案，最终有效掌握ALS这个隐形杀手。科学家们对此非常乐观。

译者介绍：

刘晓鲁是北京大学第三病院神经内科的主治医师。

樊东升是北京大学第三病院神经内科主任，首要研究范畴为神经退行性疾病及脑血管疾病。