【和信醫院雙週刊353】台灣端粒臨床研究齊步走！和信醫院與中研院聯手開創端粒個人化精準醫療
透過基礎研究與臨床醫學緊密的合作，在未來，我們可以為端粒疾病的治療帶來一片光明……
數年前，剛回到中央研究院分子生物研究所服務時，偶然接到一通電話，詢問有關端粒遺傳疾病的問題，這通電話不但牽起了我跟和信醫院的情緣，也重新定義了我的研究工作。
小男童的阿公透過網路找到我
電話那一頭是病人的阿公，也是一位資深醫療人員，他述說孫子是一名五歲小男童，自出生即發育遲緩，患有嚴重貧血，需要定期輸血，因為情況惡化，即將自花蓮慈濟醫院轉診和信醫院，進行骨髓移植，但細胞學檢驗認為不是一般熟悉的Diamond-Blackfan anemia 或Fanconi anemia 等遺傳性骨髓喪失增候群，相對的，除了造血功能異常，其他的臨床表徵，卻讓和信陳榮隆醫師懷疑這可能是端粒維護缺失所造成的，因為我已從事多年端粒生物學研究，並熟悉端粒遺傳疾病，因此小男童的阿公透過網路找到我，並與我聯繫。
端粒就像細胞生命的分子時鐘
端粒(Telomeres)是染色體末端的保護性結構，可避免細胞內染色體融合，以維護染色體穩定，但人類體細胞的端粒，從出生那一刻起，像是點燃的蠟燭，隨著細胞生長、年紀增加，而逐漸變短，最後因端粒功能的喪失，影響細胞生長，造成細胞老化，因此端粒就像細胞生命的分子時鐘; 但偶發的基因突變，卻可加速端粒變短，提早細胞老化，進而影響多種器官功能，包含造血功能障礙。
先天性角化不全症候群Dyskeratosis congenita (DC)是發生於幼兒的端粒遺傳疾病，透過三個臨床表徵判定，包含指甲生長不良(nail dystrophy)，口腔粘膜白斑(oral leukoplakia)，皮膚色素沈澱(skin pigmentation)，但因人而異的臨床表徵常造成疾病診斷的困難，且台灣醫界對此類疾病依然陌生，至今尚未有臨床個案報導，近年來，歐美生物醫學研究清楚指出，遺傳變異造成的端粒維護缺失與DC有直接的因果關係，因此利用分子生物學技術來檢測端粒長度，已成為目前檢驗端粒遺傳疾病的最準確方式。
小男童與我女兒年紀相近天真可愛
在與陳榮隆醫師取得聯繫後，我們決定進行病童血球端粒長度分析，雖然這技術已相當成熟，而且一直是我進行端粒生物學研究的主要工具，這卻是我第一次把這技術用於病人檢體，當時心情是忐忑的，特別是在和信醫院見到小男童後，當日女兒與我同行，小男童與我女兒年紀相近，一樣是天真可愛的模樣，只是身體相對嬌小虛弱，回程路上，女兒詢問為何小男童手上帶著針頭，我也跟女兒討論小男童的病況，以及我們有機會幫忙他的方式。
回到實驗室後，我立即進行血球的DNA萃取，然後利用『端粒限制脢片段法』，分析小男童血球端粒長度，數日等待後，終於拿到實驗數據， 結果顯示小男童血球端粒長度遠短於年齡相近孩童，依據端粒異常結果與臨床表徵，小男童確認是罹患DC，後續透過全基因體定序，也找到位於X 性染色體上的DKC1基因帶有先天基因突變，因為小男童同時有小腦萎縮及血球B細胞缺乏的問題，陳榮隆醫師因而判定小男童罹患DC症候群之中最嚴重的HH症（Hoyeraal Hreidarsson syndrome)。
小男孩的骨髓移植順利成功
確認小男童罹患DC後，這直接影響了骨髓移植的作法，這是陳榮隆醫師給我的一堂課。標準骨髓移植流程，病人的造血組織必須完全移除，以避免免疫排斥問題，這往往需透過使用大量癌症化療藥，並進行放射線照射，但這種做法卻不適用於DC患者，因為患者全身細胞帶有遺傳變異，造成自我修復功能低下，這種方式將會造成多器官的不可回復性損傷，導致移植失敗，幸而專業又細心的陳榮隆醫師與其團隊聯絡哈佛大學醫學院Dr. Suneet Agarwal ，取得專一性移除自身造血的方法，最後，在和信骨髓移植團隊的努立下，小男孩的骨髓移植順利成功。
端粒遺傳疾病並不局限於幼兒
近年來，拜端粒生物學的逐漸成熟，加上次世代基因定序技術的發展，除了上述所提到的DC症候群，包含再生性不良貧血 (Aplastic Anemia)、特發性肺纖維化（Idiopathic pulmonary fibrosis）…在內的多種遺傳疾病，甚至於癌症，都已確認與端粒維護異常有直接因果關係，遺傳變異目前已知可發生於DKC1, TERC, TERT, NOP10, NHP2, TINF2, TCAB1, CTC1, STN1, RTEL1, ACD, POT1, PARN, NAF1等基因上，依據疾病的種類，端粒遺傳疾病並不局限於幼兒，也會發生在成年人，例如特發性肺纖維化就是好發於50歲以上中老年人，再生性不良貧血則發生於30歲以上壯年人，而且端粒遺傳疾病的特點是會有所謂的預期現象(anticipation)，亦即一代比一代更早出現疾病的症狀，且疾病的嚴重程度也增加。因為與多種疾病相關，以及廣泛影響各年齡層，端粒遺傳疾病在歐美已引起相當重視。
台灣對端粒相關疾病完全陌生
經由這次與和信醫院的合作，讓我有機會了解台灣端粒相關疾病醫療現況。相對於歐美，台灣對端粒相關疾病則是完全陌生，截至目前為止，台灣尚未有任何臨床病例報導，也就是說，由和信醫院處理的這小男孩將會是台灣的第一個案例，因為對端粒研究的熱愛，加上參與這次與和信合作的醫療經驗，讓我深刻體驗在台灣推廣端粒生物學與臨床醫學具有相當急迫性，為了建立臨床研究的基礎，我由台灣人體資料庫取得檢體以及基因體定序資料，目前已建立台灣人端粒長度分佈與年齡關聯模型，結合次世代DNA定序技術，透過與和信醫院的合作， 台灣其他可能受端粒疾病之苦的人將有機會受到協助，進行端粒長度分析，且獲得個人化精準醫療的機會，而且這合作也將可作為台灣端粒臨床研究的開端。
端粒疾病的治療前途一片光明
現代醫學的快速進展讓很多以前無解的問題見到一絲曙光，骨髓移植成功，小男孩終於可以擺脫依賴輸血的日子，跟其他小孩一樣上學去，但造血系統只是他身體的一個部分，身體其他組織器官的細胞還是帶有損傷的端粒，目前他正遭遇多重器官功能逐漸異常的難題，或許當下有點束手無策，但我們會陪他繼續走下去，相信透過基礎研究與臨床醫學緊密的合作，在未來，我們可以為端粒疾病的治療帶來一片光明。
端粒生物學和端粒疾病是什麼？
Telomere Biology and Telomere Diseases
端粒 （Telomeres） 是染色體末端重要的結構，具有避免染色體降解及融合的功能，但人類體細胞之端粒隨著染色體複製而逐漸變短，最後因為端粒喪失，誘發DNA 修補機制並導致細胞生長停滯，這是細胞老化的一個重要原因，相對的，幹細胞及生殖細胞利用端粒酶 （Telomerase） 來延長端粒序列，相同的機制也是大部份癌細胞用來維持端粒的方法，另一方面，端粒維護的缺陷可導致人類遺傳疾病，其中包含數種早老症，而我們的研究主題是在探討端粒複製維持及端粒相關疾病之分子機制。
I.端粒酶之調控
在癌細胞株上的研究，我們發現端粒酶的活性是被數個端粒上的蛋白所調控的，其中TIN2-TPP1負責激化端粒酶活性，而 CST（ CTC1-STN1-TEN1）可藉由與新延伸之端粒結合達到抑制端粒酶之功能，透過蛋白磷酸化及蛋白相互作用的調節，這些機制發生在特定細胞週期，因此，端粒酶的調控在維持端粒的恆定上具有非常重要的角色。
II.CST 與端粒遺傳疾病
近期的研究指出，CTC1 的突變導致人類罕見遺傳疾病，包括Coats plus 及Dyskeratosis congenital，但致病分子機制並不清楚。藉由研究一系列遺傳突變，我們發現CTC1 突變破壞了數種CTC1 分子活性，其中包含影響CST 複合體（ complex） 的形成、與DNA 聚合酶 （Polymerase-alpha） 的相互作用、以及與單鏈DNA 的結合，在細胞裡，突變影響 CTC1 在細胞核及端粒原本正常的位置，而且進一步造成廣泛的端粒複製的缺陷，導致端粒結構變異。透過對遺傳突變的研究，我們將可進一步探討 CST 之分子功能，並開發治療其相關疾病的藥物。
III. 端粒與粒線體之關連
端粒與粒線體之功能被認為可相互影響，但一直缺乏直接的分子證據。我們的研究指出，端粒蛋白TIN2 除了可與端粒結合，並可透過其本身之訊號肽序列 （signal peptide），而存在於粒線體，並調控癌細胞氧化磷酸化反應及能量代謝，細胞裡TIN2 在端粒與粒線體的分布受到TPP1 的控制。這結果讓我們對端粒在細胞老化及癌細胞的角色有更進一步的認識。
完整版雙週刊請下載：和信治癌中心醫院與您353
作者／編者：陳律佑 (中央研究院分子生物研究所研究員)
關鍵字：癌症基本知識、癌症治療
期數：353
出版日期：2018/06/01