輪椅業者失業倒數中...中日學者跨國合作,成功讓成鼠神經元重生,癱瘓不再是絕症!

2019-09-14 09:00

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第一個新發現: CS 分子結合受器 PTPRσ,會移除 Cortactin 的磷酸根,阻礙神經元軸突再生。(圖說重製/黃曉君、林洵安)
第一個新發現: CS 分子結合受器 PTPRσ,會移除 Cortactin 的磷酸根,阻礙神經元軸突再生。(圖說重製/黃曉君、林洵安)

人工合成八醣體,促成神經元軸突再生

好消息是,洪上程發現,阻礙軸突修復的 CS 分子,跟他實驗室合成的八醣體─硫酸乙醯肝素(Heparan Sulfate, 以下簡稱 HS) 同屬 Glycosaminoglycans 家族,結構都含有多個硫酸根。

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洪上程便將自己實驗室合成的十六種 HS 八醣分子,提供給門松健治團隊,讓 HS 分子跟受損的神經元作用,期待 HS 分子可以取代 CS 分子,並與 PTPRσ 結合後,不會移除 Cortactin 的磷酸根。

結果顯示:在成鼠受損神經元,施以大量 HS 分子之後,神經元果然開始重生

這個實驗證實了硫酸根較多的幾種 HS 分子,果真成功消除 PTPRσ 活性,造成 PTPRσ 無法移除 Cortactin 的磷酸根,讓神經軸突得以再生。

第二個新發現:HS 分子取代 CS 分子,搶先與 PTPRσ 結合, 讓 Cortactin 又可被磷酸根化, 使神經軸突順利再生。(圖說重製/黃曉君、林洵安)
第二個新發現:HS 分子取代 CS 分子,搶先與 PTPRσ 結合, 讓 Cortactin 又可被磷酸根化, 使神經軸突順利再生。(圖說重製/黃曉君、林洵安)

日本學者推測原因:原本 CS 分子的 PTPRσ 結合是一對一,一個 CS 分子結合一個 PTPRσ。但 HS 分子的結構比較長,所以一個 HS 分子跟好幾個 PTPRσ 集結,形成低聚合物,可能因此遮住了 PTPRσ 的活性位置,使它們無法發揮去除磷酸根的功能。

另一個可能解釋是,HS 分子跟 PTPRσ 結合後, 蛋白質 PTPRσ 本身結構發生變化,連帶影響活性,失去了移除磷酸根的能力。

細胞實驗成功後,下一個要克服量產問題

目前神經軸突再生實驗,已經完成了細胞測試階段,下一步就是以活體動物作為實驗對象。

不過直接在小鼠體內組織進行實驗,比起之前將小鼠脊髓神經細胞取出、放在培養皿操作,難度不可同日而語,光是 HS 分子的劑量就是一大考驗。

因為細胞實驗只需要幾毫克 HS 分子 ,但動物實驗劑量勢必需要幾公克。雖然目前八醣體的合成步驟已有標準流程,但是要大量合成,條件絕對不會一樣。

「不僅是原料濃度要增加,容器大小、環境溫度,都有可能影響產率。」洪上程解釋。操作人員熟悉標準流程的步驟後,想要達到量產目標,估計可能要再花費一年時間。

至於何時應用到人體?這次周圍神經元軸突再生機制,能否應用到中樞神經元?這些問題都需要更進一步的研究。

HS 分子在這次發現中扮演關鍵角色。您是怎麼開始研究 HS 分子?

HS 分子,可說是我二十年研究經驗的累積。當初會研究人工合成 HS 分子,源自中研院基因體研究中心,肩負著對抗傳染性疾病、癌症和神經退化性疾病的重責大任。

傳染性疾病與癌症,看似與基因沒有強烈的關聯,但實際上,經由人體遺傳物質 DNA 轉錄、轉譯製作出來的蛋白質,在後續修飾的過程,會影響人體是否容易感染疾病,或是出現癌細胞。基因體研究中心著手的蛋白質後轉譯修飾(Post-translational modification, PTM)研究,在近年來神經退化疾病醫療中,也越顯重要性。

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