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科學家現在認為，許多遺傳疾病，從多囊腎病到某些形式的視網膜退化，最終都可以追溯到纖毛——細胞表面遍佈的剛毛狀、毛髮狀結構。
在12月1日《生物科學》雜誌上發表的一篇綜述文章中，馬薩諸塞大學醫學院的細胞生物學家喬治·B·威特曼強調了越來越多的證據表明，異常或缺失的纖毛可能導致多種人類疾病，被稱為“纖毛病”。
“腎臟疾病和失明、多指、骨骼或四肢縮短、肥胖——事實證明，所有這些都歸因於纖毛缺陷，”他說。專家補充說，在這些不同的疾病之間發現共同點可能最終幫助研究人員開發基於基因的療法來對抗這些疾病。
乍一看，纖毛似乎相對無害。當它們在細胞外來回擺動時，所謂的運動纖毛的協調刷動調節附近的流體流動。但是幾乎所有的人類細胞也都有一個主要的或非運動的纖毛，其功能更像分子天線。初級纖毛是一種內部動態結構，充滿了蛋白質，這些蛋白質檢測並向其細胞傳遞有關區域性環境的重要資訊。“訊號傳導機制集中在纖毛中，”威特曼說。“所有這些都在非常嚴格控制、受限的空間內。”
有效的細胞通訊對於發育中的胚胎尤為重要。如果分子天線出現故障，在早期階段切斷或扭曲訊號，由此產生的溝通不暢可能會擾亂器官形成。因此，“當這些纖毛出現缺陷時，就會出現許多先天性疾病，”威特曼說。
最常見的纖毛病是多囊腎病（PKD），影響全球約 1250 萬人。幾乎所有患者都面臨腎功能衰竭，因為多個充滿液體的囊泡（囊腫）堵塞了他們的腎臟並阻止血液淨化。 2000 年，威特曼所在的團隊鑑定出一種基因，該基因負責綠藻纖毛的生長，並注意到它與一種小鼠基因幾乎相同，當該基因缺陷時，會導致多囊腎病。
科學家後來瞭解到，同一基因的缺陷會導致纖毛畸形或缺失，這有助於在人類腎臟中形成危險的囊腫。當尿液流過腎臟的通道和腔室時，它會彎曲初級纖毛，初級纖毛就像流體流動的感測器。“如果你沒有這些纖毛，你的腎臟就會出現這些囊腫，”紐約市西奈山醫院綜合腎癌專案主任凱坦·巴達尼說。
儘管科學家自 19 世紀末以來就已瞭解初級纖毛的存在，但威特曼的研究促使研究人員重新審視他們曾經認為用途極小的結構。“突然間，出現了一種想法，即初級纖毛是一個訊號系統，你必須將特定的受體放入初級纖毛中以預防病理——在本例中，是多囊腎病，”未參與該研究的阿爾伯特·愛因斯坦醫學院解剖學和結構生物學教授彼得·薩蒂爾說。“但後來事實證明，這並不是與初級纖毛受體相關的唯一病理。”
下一個出現的主要纖毛病是一大類與Hedgehog 訊號通路相關的疾病，Hedgehog 訊號通路是在胚胎髮育過程中發生的一系列特定分子相互作用。研究人員發現，介導這種基本訊號通路的受體和其他蛋白質集中在初級纖毛中——當這些纖毛不能正常形成時，Hedgehog 通路就會發生故障，並且它傳遞的資訊最終會被扭曲。“整個神經系統都依賴於 Hedgehog 訊號傳導，”薩蒂爾說。“如果它出現問題，就會出現諸如大腦在頭部外發育以及其他嚴重畸形之類的情況。”
後來，出現了更多的纖毛病。患有Bardet-Biedl 綜合徵的嬰兒面臨失明、肥胖和智力障礙。患有內臟反位的人，他們的許多主要器官以相反的方式形成——他們的心臟通常在胸腔的右側——他們的病情要歸功於畸形的纖毛。科學家懷疑，某些形式的視網膜退化（可能導致失明）也源於纖毛基因功能障礙，因為“眼睛的感光器實際上只是經過修飾的纖毛，”薩蒂爾說。
一種仍然是推測性的想法是，甚至某些癌症也可能與纖毛有關。“有一系列報告表明，初級纖毛在多種癌症中丟失，”薩蒂爾說。“某些癌症有可能最終被證明是纖毛病。”
至少對於多囊腎病，巴達尼樂觀地認為，對初級纖毛的進一步研究可以為最終的基因療法奠定基礎。巴達尼說，傳統的 PKD 治療方法很少奏效，因此從源頭上攻擊腎臟疾病可能是未來治療的最佳選擇。“目前，每個患有腎臟疾病的人都會出現腎功能損害，”他說。“如果你可以透過靶嚮導致多囊腎病的機制來預防腎功能衰竭，也許你就可以預防最終死於這種疾病。”
同樣，威特曼也看到了基於纖毛的基因療法的未來，這種療法可以在視網膜退化導致失明之前阻止它。“我認為我們可能可以用它來治療，以恢復這些缺陷感光細胞的功能，”他說。
在我們開始看到靶向纖毛的基因療法可能還需要一段時間。但更好地理解纖毛病背後的基礎科學最終可能會帶來臨床回報。“你不能突然說，嘿，我們搞清楚了，”巴達尼說。“基礎科學是一個漫長的過程——需要時間。”