新一代登革熱救星？又一個調控發炎反應的神奇開關---CLEC5A (下)

-

    前篇文章中提到，登革熱的嚴重出血熱症狀會對身體造成如此巨大傷害的原因並不在於病毒本身對身體的侵害，而是由於登革熱病毒引發身體免疫系統對其產生的不適當發炎反應引起。這些不適當的強烈發炎反應是由大量的細胞激素分泌，也就是所謂的細胞激素風暴的產生引起，以下再次摘錄上一篇文章的一些內容作為導讀：
    由於大量的TNF-α造成血管內皮細胞通透性上升，使得許多血漿滲進組織中執行免疫反應，造成血液容積下降，因而引發低血壓，嚴重時甚至會休克；而一些發炎性細胞激素(pro-inflammatory cytokine)，例如：IL-1、IL-6、IL-12等則是會活化巨噬細胞(Macrophage)、自然殺手細胞(NK cell)，而IL-16會活化CD4+T細胞，開啟後天免疫，除此之外，這些發炎性細胞激素也會提高身體溫度對抗病原菌，然而相對地也對身體的組織負擔很大。
    於是要了解登革熱病毒以及身體免疫作用的機制，必須從登革熱病毒感染的致病機制來一層一層剖析，從中找出扮演調控發炎反應的要角。
    經過前人的研究發現，樹突細胞(Dendritic cells)和巨噬細胞(Macrophages)兩者為登革熱病毒感染的初期目標，然而遭到感染的兩者命運卻大不相同。樹突細胞會在被登革熱病毒感染後進行細胞凋亡(Apoptosis)，而被感染的巨噬細胞則否，他們會繼續存活約45天左右，並且在被感染後的6小時分泌大量的細胞激素(Cytokine)以及趨化因子(Chemokines)。從上述的發現可以推論出巨噬細胞才是登革熱病毒感染後主要調控發炎性細胞激素的角色，至於登革熱病毒開啟發炎反應的機制，是藉由病毒外套膜上的分子和巨噬細胞膜表面上的PRR(Pattern recognition receptor)結合，PRR是免疫細胞上表面帶有的非專一性的受體，可以辨認病原體上帶有的一些分子成分(PAMP, pathogen associated molecular pattern)，或是細胞受損的一些分子訊號(DAMP, damage associated molecular pattern)，借由這些受體下游的蛋白質訊號傳遞，可以開啟許多不同的免疫功能。
圖片來源：https://www.researchgate.net/figure/Major-pattern-recognition-receptors-PRRs-and-their-corresponding-Candida-PAMPs-Candida_fig1_221754806

    在登革熱病毒和巨噬細胞的互動中，根據前人的研究，發現了DC-SIGN(dendritic-cell-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing non-integrin)這個PRR，會跟登革熱病毒外套膜上的醣類結合，開啟下游的反應。而除此之外，作者也發現了CLEC5A(C-type lectin domain family 5, member A)又稱為MDL-1(Myeloid DAP12-associating lectin)這個受器也會與登革熱病毒的表面分子結合。
    DC-SIGN與CLEC5A這兩者受器，對於登革熱病毒進入巨噬細胞的治病機制都佔據了要角的位置，但是在作用上卻是有一些截然不同之處。
    在結合的機制上，DC-SIGN是受到鈣離子調控的，沒有鈣離子的情況下無法完整的結合；至於CLEC5A則否，其和登革熱病毒的結合不受到鈣離子的影響，在加入了EDTA（會螯合鈣離子的配位錯合物，使得鈣離子無法與其他分子互動）的情形下，結合能力並不受影響。
    接著便要進入探討下游訊息傳遞的機制。在登革熱病毒感染巨噬細胞的情況下，可以觀察到DAP12(12-kDa DNAX-activating protein)的磷酸化情形，而DAP12是一個已知的重要Adaptor protein(銜接蛋白，在訊號傳遞中，扮演受體向下游蛋白傳訊的角色，可藉由磷酸化的修飾作用調控)，與下游的脾酪氨酸激酶作用後會開啟PI3K-Akt路徑，導致最後細胞激素的產生。至於會造成DAP12磷酸化的角色，正是CLEC5A。透過利用shRNA(short hairpin RNA，可以在RNA層次結合到目標mRNA使其失去作用無法被轉譯) knockdown DC-SIGN還有CLEC5A，可以發現在knock down CLEC5A的情況下，DAP12的磷酸化表現大幅下降，而得到這個結論。

    由於DC-SIGN已知和登革熱病毒進入巨噬細胞有關，因此作者也重複對CLEC5A做相同的實驗，測試在CLEC5A knockdown的情況下，是否對病毒進入細胞和病毒顆粒的釋放產生影響，在Confocal microscope的觀察下，並無發現CLEC5A的knockdown對病毒的感染情形有顯著影響。從以上的實驗結果可以得知，CLEC5A主要是扮演了巨噬細胞被登革熱病毒感染後的訊息調控，而DC-SIGN則是和病毒進入細胞的路徑有關。
    最有趣的則是，在CLEC5A被knockdown的情況下，發現了巨噬細胞所分泌的發炎性細胞激素(Pro-inflammatory cytokines)分泌量大幅下降，包括了TNF-α、IL-6、IL-8、MIP-1α(Macrophage inflammatory protein-1α)、IP-10(Interferon-inducible protein)，這些發炎性細胞激素和DC-SIGN knockdown的巨噬細胞相比下，分泌量下降了許多。而在IFN-α的分泌上面，卻不受到CLEC5A knockdown的影響，這個結果十分令人振奮，說明了在抑制CLEC5A的表現下，會使得巨噬細胞調控的發炎反應受到抑制，而不影響其分泌抑制病毒增殖的干擾素。
    考量到先前提到的登革熱嚴重併發症之致病機轉「抗體依賴性免疫加強反應」 ( antibody dependent enhancement; ADE)，作者在模擬相同的條件下測試加入CLEC5A的單株抗體阻擋CLEC5A下游的傳訊，得到了TNF-α分泌減少而IFN-α不受影響，和先前實驗的結果概念相符，證實CLEC5A扮演了發炎反應的訊息調控角色而對於感染路徑較無影響。
    在細胞和分子層次上得到了許多發現後，作者進行了小鼠的動物實驗，可以發現在施打CLEC5A單株抗體的老鼠群和控制組相比，經過登革熱病毒感染後產生出血熱還有血漿滲漏的情形皆較為輕微，死亡率也大幅下降，得到了十分振奮人心的結果。
    登革熱一直是台灣面對的棘手疾病之一，目前在治療方法上也遇到了難以突破的瓶頸，在許多學者的努力下，有不少的相關疫苗也正在開發中，這篇文章介紹的CLEC5A分子作為調控登革熱感染的巨噬細胞調控發炎反應的關鍵受體，發現了抑制CLEC5A可以大幅減少發炎性的細胞激素分泌而不影響干擾素的作用下，可能會是在治療登革熱併發的嚴重出血熱時，以及在面對其他病毒性發炎反應導致的疾病中，治療的新興方向！

參考資料：
  1. Chen, Szu-Ting, et al. "CLEC5A is critical for dengue-virus-induced lethal disease." Nature 453.7195 (2008): 672.
  2. https://www.cdc.gov.tw/professional/info.aspx?treeid=15EA1948FFC4FA7A&nowtreeid=76DDBC8A6B579E13&tid=22E80FEA84673B00


留言

張貼留言

僅為隨筆雜談和科普文章寫作練習，有共鳴的朋友歡迎留言討論，若是內容有誤或是有不同看法也歡迎留言多多指教！

這個網誌中的熱門文章

人性?神性?科學?─從<潘渡娜>看生物科技與生命倫理

-
圖片
      首先我想先簡述我寫作這篇的動機，為甚麼我會選擇探討「生物科技」作為主題，又牽扯到「生命倫理」這一個十分艱深困難的議題。前些時候，有機會閱讀到張曉風女士的短篇小說 < 潘渡娜 > ，又恰巧在醫療與社會的課程上從蔡老師的課程中學習到了許多倫理學在醫學上的應用。於是我便興起了一個念頭，透過 < 潘渡娜 > 這篇富含哲思的作品帶入我所學到的倫理學知識寫作為此篇文章。      前言：     醫學在沒有倫理學的約束下，貿然打開生物科技的潘朵拉盒子，究竟是后羿射日的壯舉，抑或是伊卡洛斯的墜落呢 ?    < 潘渡娜 > 作品簡介 故事主角潘渡娜，以希臘神話中的潘朵拉（ Pandora ）命名，是科學家劉克用藉由生物科技製造出來的人造人。她的畫家丈夫張大仁在劉克用的介紹（和逼婚）下，和潘渡娜成婚，全然不知妻子的真實身分，直到多年後劉克用告知真相，張大仁終於情緒崩潰。然而，劇情在潘渡娜懷孕之後急轉直下。     起初劉克用十分興奮，他認為自己成功以科學的力量創造了新的生命，最後卻發現，胎兒莫名的消失了。之後，潘渡娜的孕肚日漸消扁，生命力也隨之衰弱，最終在極度虛弱的狀態下失去了性命。     整篇故事所要強調的，是人類不該試圖扮演上帝，貿然創造人工生命。我想，科技成長的速度之快，就如同一輛高速行駛的特快車，而我們社會組成的其他層次，諸如 : 文化、價值觀、法律、倫理等等 …… 是否有辦法能夠跟上呢 ? 的確是令人感到疑慮，我們在高度發展科技的同時，是否會跟著犧牲了社會的某一些部分。   < 潘渡娜 >  張曉風短篇小說集 作者   張曉風女士                                         ...
閱讀完整內容

紫杉醇(Paclitaxel)———從大自然中發現的神奇抗癌藥物

-
圖片
  起源與發現：     人類在對抗癌症的歷史上，有過許多重要性的突破，也有過不少挫折，在 1950 年代，人們在一連串的挫折後，轉向投入從自然界中找尋可以有效治癒或抑制癌症發生的 “ 靈藥   ”   。     1958 年，美國農業部與國立癌症研究所開始合作進行一項天然產物篩選計畫， 目標是採集並篩選 35,000 種植物並且從中尋找具有抗癌活性的藥物。在 1962 年，植物學家巴克萊 (Arthur S. Barclay) 和三位研究生在 Gifford Pinchot National Forest 中，他們發現了太平洋紅豆杉 (Taxus brevifolia Nutt.) ，自此也展開了一個傳奇性的新藥開發歷程。     巴克萊與研究生採集了一些樹枝、樹葉和果實作樣本，寄回國立癌症研究所的研究室，發現萃取物具有細胞毒性，也就是有潛在的抗癌特性， 1966 年，這些來自美國西北部山林的樹木由分餾與離析實驗室的首席化學家沃爾 (Monroe E ． Wall) 接手分析。沃爾和同事瓦尼 (Dr. Mansukh C. Wani) 將太平洋紅豆杉樹皮磨成很細的粉末，再以乙醇來萃取出其中的有效成份，終於成功完成植物天然成份的分離提取。     原始萃取物經純化後，細胞毒性提高了 l,000 倍，沃爾和瓦尼最後分離出了一種白色晶體的活性成份，經鑑定，該成份分子式為 C47H51NO4 ，分子量 839 。沃爾和瓦尼在當年的美國化學年會上宣布了此一成果，但由於分子結構複雜，數年後才終於成功解析了這個複雜的分子結構，並將它命名為「太平洋紫杉醇」 (Paclitaxel) 。   紫杉醇基本簡介： 1. 名稱（俗名）： Taxol 2. IUPAC 命名： (2α,4α,5β,7β,10β,13α)-4,10-Bis(acetyloxy)-13-{[(2R,3S)-3-(benzoylamino)-2-hydroxy-3-phenylpropanoyl]oxy}-1,7-dihydroxy-9-oxo-5,20-epoxytax-11-en-2-yl benzoate ...
閱讀完整內容

高通量技術小學堂

-
    高通量技術是現今基因體領域或是許多蛋白質研究的新興展望，帶來了前所未見的高效率實驗方法學以及許多分析技術上的突破，也因此產生了海量的數據和資料。高通量技術可以說是結合了跨領域的最先進知識而產生的結晶，無論是在生物科技、蛋白質體學、基因體學、統計學以及程式設計等專業知識上都有所涉及，是生物研究發展的一項重要里程碑。     經過了一學期的課程之後，對於課程介紹的 Next Generation Sequencing 、 cDNA microarray 等新興技術或是隨之產生的 Proteomics 、 Lipidomics 、 Metabolomics 等學門都有了一些基本的了解。作為一位醫學生，或許如何使用這些高通量技術的細節並不是我未來的專業技能的必備能力，但是我認為對於這些新興方法學的了解是不能或缺的，因為未來的醫療，是勢必會在這些技術的應用下而得到新的突破，也就是現在常呼籲的“精準醫療”、“個人化醫療”。底下我將根據這學期所學，大致描述高通量技術最常見的兩種核心技術， Next Generation Sequencing 以及 cDNA microarray 的基本原理以及對於醫學上的幫助和發展。 Ø   Next Generation Sequencing     Next Generation Sequencing(NGS) 是由傳統的 Sanger sequencing 進化而來，在過去依靠 Sanger sequencing 定序的時代，往往會受到時間以及片段大小的限制，然而在 NGS 的技術發展之後，以 Illumina 這家公司為首，逐漸的扭轉了這個狀況。 1.        基本原理：     NGS 的基本原理並不複雜，大致可分為以下四個步驟： (1) Library preparation ： 將 DNA 打斷形成小片段後兩端接上 adaptor ，並且進行 PCR 放大 (2) Cluster generateon ： DNA 片段上的 adaptor 接上 flow cell 上的寡核苷...
閱讀完整內容