線粒體，被稱為人體細胞的發(fā)電站。當這些發(fā)電站由于基因（如MT-ATP6、SURF1、NDUFS4等）突變而癱瘓時，身體最耗能的器官——大腦和肌肉，就會面臨災(zāi)難性打擊。Leigh綜合征（Leigh Syndrome，亞急性壞死性腦脊髓?。┚褪沁@樣一種兒童線粒體疾病。

3月11日，一項發(fā)表在國際頂尖學術(shù)期刊《Cell》上的研究，為這種絕癥撕開了一道希望的裂口?？茖W家們通過前沿的干細胞篩選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了一種我們極其熟悉的“老藥”—西地那非（Sildenafil，偉哥），不僅能在細胞和動物層面逆轉(zhuǎn)Leigh綜合征的病理改變，更在6名真實患兒身上創(chuàng)造奇跡。

5632選1：從干細胞中淘出的“神藥”

因為缺乏有效且完全還原人類病理的動物模型，Leigh綜合征的新藥研發(fā)一直步履維艱。為了打破僵局，研究團隊利用了諾獎技術(shù)——誘導(dǎo)多能干細胞（iPSCs）。他們將攜帶不同MT-ATP6基因突變的Leigh綜合征患者的皮膚細胞，在培養(yǎng)皿中“重編程”為神經(jīng)前體細胞（NPCs）。

在顯微鏡下，這些生病的神經(jīng)細胞表現(xiàn)出了極其明顯的異常：它們的“線粒體膜電位（MMP）”呈現(xiàn)病理性的超極化，且能量物質(zhì)ATP產(chǎn)量驟降。研究人員以此為靶點，利用TMRM熒光高內(nèi)涵分析技術(shù)，對包含 5,632 種已知藥物的庫進行了高通量篩選。

在767種輕度解偶聯(lián)劑中，以西地那非（Sildenafil）和伐地那非為代表的PDE5抑制劑脫穎而出。由于西地那非在兒科（如治療兒童肺動脈高壓和淋巴管畸形）中已有大量安全使用的臨床記錄，它被選為頭號候選藥物。數(shù)據(jù)證明，西地那非（半數(shù)抑制濃度 IC50 約為 3 μM）不僅能糾正生病神經(jīng)細胞的線粒體膜電位缺陷，還成功恢復(fù)了線粒體DNA的拷貝數(shù)，并使細胞內(nèi)的NAD+/NADH比值和ATP水平恢復(fù)正常。

西地那非機制

為了探究西地那非到底對大腦做了什么，科學家們培養(yǎng)了更復(fù)雜的三維“大腦類器官（迷你腦）”，并進行了深度的多組學（轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組）分析以及單細胞核RNA測序。

研究發(fā)現(xiàn)，患病的迷你腦由于能量匱乏，神經(jīng)祖細胞和放射狀膠質(zhì)細胞的擴增受到抑制，神經(jīng)細胞無法正常伸展和建立突觸連接。但在接受西地那非治療后：

核心發(fā)育通路重啟：

多組學網(wǎng)絡(luò)顯示，西地那非精準逆轉(zhuǎn)了33.5%的異常分子通路，重新激活了HOXA5、BRD4等與神經(jīng)分化密切相關(guān)的基因，修復(fù)了早期神經(jīng)元生成的比例。

PDE5-cGMP-PRKG1 通路：

西地那非作為PDE5抑制劑，其核心機制是提高細胞內(nèi)cGMP水平，進而激活下游的PRKG1激酶。研究證實，Leigh綜合征患者細胞中PRKG1表達顯著下降，而西地那非通過該通路，奇跡般地促進了患者神經(jīng)元突觸的大幅生長（神經(jīng)突觸長度顯著增加）。

Leigh綜合征患者在面臨發(fā)燒或饑餓等“代謝壓力”時，腦細胞會發(fā)生嚴重的“鈣過載”甚至引發(fā)細胞死亡。在活體熒光顯微鏡和復(fù)雜的數(shù)學建模下，科學家模擬了這種代謝危機（剝奪葡萄糖并抑制糖酵解）。結(jié)果顯示，未經(jīng)治療的病態(tài)腦細胞在壓力下鈣離子瞬間失控；而提前使用了西地那非的腦組織，通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣釋放和BKCa通道，成功抵御了壓力，大幅降低了鈣峰值。

小鼠與豬模型

從培養(yǎng)皿走向活體動物，西地那非的療效依然堅挺。研究人員選用了兩種極具挑戰(zhàn)性的動物模型：Ndufs4基因敲除小鼠和SURF1基因敲除豬。這些動物原本都患有極其嚴重的腦病，壽命極短。

小鼠奇跡：

將西地那非加入飲水中后，治療組Ndufs4敲除小鼠的壽命顯著延長。代謝艙（Metabolic chamber）測試表明，患病小鼠原本低下的氧氣消耗和能量代謝顯著改善。大腦病理切片顯示，代表細胞凋亡的Caspase-3和代表小膠質(zhì)細胞炎癥的Iba1顯著減少，小腦浦肯野細胞免于死亡。

大型動物（豬）的奇跡：

未經(jīng)治療的SURF1突變豬出生后極易因嚴重的神經(jīng)發(fā)育障礙快速死亡。但從出生起就接受西地那非喂養(yǎng)的豬仔，不僅挺過了最危險的圍產(chǎn)期，恢復(fù)了自主吮吸和活動能力，且體溫調(diào)節(jié)恢復(fù)正常。部分治療組豬的存活時間打破了醫(yī)學紀錄（穩(wěn)定存活超過261天）。基底節(jié)的生化測試顯示，其大腦的復(fù)合體IV（CIV）活性和PRKG1蛋白水平得到了顯著恢復(fù)。但研究也指出，極大劑量的西地那非在部分豬腦中引發(fā)了微出血，提示臨床需謹慎控制劑量。

6名罕見病患兒的重生

研究團隊對6名攜帶MT-ATP6突變的Leigh綜合征患兒進行了西地那非的“同情性用藥（超適應(yīng)癥個體化治療）”。

首先，利用患者干細胞構(gòu)建的體外血腦屏障（BBB）模型證明，西地那非能輕松穿透屏障進入大腦。臨床實際用藥采用了極為保守的低/中劑量（0.66-3.00 mg/kg/day），質(zhì)譜分析顯示患者血漿藥物濃度維持在最適宜的 ~1 μM 左右。

在采用了國際權(quán)威的紐卡斯爾線粒體疾病量表（NPMDS，分數(shù)越高代表病情越重）進行長期追蹤后：在過往的自然病史中，患者的NPMDS評分會隨著年齡增長直線上升（不可逆的病情惡化）；但在接受西地那非治療后，這6名患兒的惡化曲線被踩下剎車，甚至出現(xiàn)了明顯的下降轉(zhuǎn)折（病情好轉(zhuǎn)）。

患者1（16歲）：

用藥前極度虛弱，用藥后病情大幅改善，能夠關(guān)閉氣管切開造口實現(xiàn)自主呼吸，癲癇停止，并恢復(fù)了部分運動能力（能坐立和在攙扶下行走）。

患者2（15歲）：

運動耐力得到了不可思議的提升，無協(xié)助步行距離從可憐的500米驚人地提升至5000米以上，SARA共濟失調(diào)評分從15.5分降至11分，且在發(fā)燒時不再觸發(fā)危險的代謝危機。

患者5（嬰兒期發(fā)病）：

曾因為頻繁的代謝危機幾乎每個月都要進ICU搶救；啟動西地那非治療后9個月內(nèi)，代謝危機徹底停止，吞咽困難完全消失。

患者3（21歲）在用藥后肌肉無力顯著改善，但后來因發(fā)生遲發(fā)性藥物過敏（皮疹）被迫停藥。

這項耗時龐大、論證嚴密的《Cell》研究，將前沿的干細胞重編程技術(shù)、多組學分析、跨物種動物模型與真實的罕見病患者臨床救治完美結(jié)合在一起。

盡管西地那非要成為治療線粒體疾病的全球標準處方藥，還需要更大規(guī)模、雙盲的隨機對照臨床試驗來最終確認，同時兒科用藥的劑量安全（避免高劑量心臟毒性和微出血）也必須嚴格把控。

聲明：本文內(nèi)容基于已公開發(fā)表的科學研究進行整理與解讀，旨在為讀者提供相關(guān)領(lǐng)域的研究動態(tài)與學術(shù)信息，并不構(gòu)成任何醫(yī)療建議。如涉及健康問題，請務(wù)必咨詢醫(yī)生或醫(yī)療專業(yè)人士，前往正規(guī)醫(yī)院就診。