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東非罕見血型增紅血球表面張力 助研新藥抗瘧疾侵襲

2020/9/21 — 19:12

上周刊於《自然》的研究發現,一種只在東非部分地區發現的罕見血型變異體,比人類研發的疫苗更能幫助人體抵抗瘧疾,或者可從中發現全新的防禦瘧疾措施。

瘧疾是由 5 種蚊媒瘧原蟲引起的,該病每年都奪走全球至少 500 多萬人口的生命,其中大部份是兒童。

該疾病通過「鎖鑰系統 (lock-and-key system) 」滲透到我們的紅血球中。雖然許多疫苗研究都集中在改變我們的紅血球「鎖」或騎劫「鑰匙」上,但一個導致血型變異的基因「Dantu」,卻能改變整道「門」的作用。

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肯亞 KEMRI-Wellcome 信託研究計劃遺傳學家 Silvia Kariuki 解釋, Dantu 變異體實際稍為增加了紅血球表面的張力。情況就如瘧原蟲仍持有合適的鑰匙,但門太重,牠們無法打開。

瘧疾疫苗僅能提供 35% 保護力

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目前研發的瘧疾疫苗還遠未達到理想水平,僅能提供 35% 的保護力來抵抗這種致命疾病。開發團隊知道可以做得更好,因為有些人天然地可以預防瘧疾。

2017 年,科學家在肯亞整理了數千個基因組後,發現了 Dantu 血型變異體,這種變異體最初亦似乎對瘧疾提供不可思議的自然抵抗力。

在肯亞沿海城市基利菲 (Kilifi) ,只要有 Dantu 基因的一個副本就可以針對各種形式的嚴重瘧疾提供高達 40% 的保護力;當基因組內有兩個 Dantu 副本,抵抗力更達 74% 。這幾乎與帶鐮刀型紅血球的人預防瘧疾能力相當。

但團隊發現帶兩個 Dantu 基因副本的人,不會有嚴重健康問題,不似帶鐮刀型紅血球的人會出現貧血或慢性疼痛; Dantu 基因只是增加對瘧疾的保護力。

Dantu 紅血球形成緊密細胞膜 阻惡性瘧原蟲進入

團隊分析了基利菲 42 名健康兒童的血液樣本後,再測試 Dantu 紅血球對惡性瘧原蟲 (Plasmodium falciparum) 的反應。惡性瘧原蟲引發的瘧疾是所有瘧疾中死亡率最高。團隊在觀察期間,發現 Dantu 紅血球會形成更緊密的細胞膜來阻止惡性瘧原蟲嘗試進入,這種機制更是未曾見過。

暫時學界不清楚該類紅血球如何製造更緊密的細胞膜,但團隊推測是改變了某些膜蛋白的表達而做到,阻止瘧原蟲進一步感染血液。

團隊又從高解像圖片中發現,張力較低的紅血球細胞上有更多瘧原蟲纏繞。這可以解釋到為何惡性瘧原蟲傾向感染較年輕的紅血球,這些紅血球通常具有較低的張力。

甚至在無 Dantu 基因副本的兒童中,團隊也發現紅血球細胞膜張力的差異對預防瘧疾感染也有影響。

如人類能弄清楚 Dantu 基因如何影響紅血球細胞膜的張力,或能研發以類似方式關閉鎖鑰系統的疫苗,從而提供對瘧原蟲更高的防護力。

有參與研究的劍橋大學生物物理學家 Viola Introini 表示,紅血球細胞膜只需要比平時有稍為多的張力,即可阻止瘧原蟲進入,所以開發一種可以模擬這種張力的藥物,可能是預防或治療瘧疾簡單但有效的方法。

來源:
Science Alert, A Rare Blood Type Variant Helps Prevent Malaria. Now We Finally Know How, 19 September 2020

報告:
Kariuki, S.N., Marin-Menendez, A., Introini, V. & et al. (2020). Red blood cell tension protects against severe malaria in the Dantu blood group. Nature. doi: 10.1038/s41586-020-2726-6

文/Alan Chiu

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