MAP4K3(GLK)基因變異為全身性紅斑狼瘡精準診斷之關鍵

自體免疫疾病是我國十大重大傷病第三名,也是門診第三常見疾病。全身性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus, SLE)患者往往難以早期診斷,平均需耗費二年才能確診,因而延遲治療時機,造成不可逆的器官損傷。患者飽受病痛之苦,必須終生治療與用藥,經濟壓力龐大,生活品質亦深受影響。臨床研究亦發現,患有SLE患者的家族中,十分之一的家族會出現不只一位家族成員罹患SLE。本院免疫醫學研究中心譚澤華特聘研究員暨主任研究團隊,自2009年起運用臨床檢體及基因改造小鼠,研究SLE致病成因、診斷標記、治療標靶;並在2011年於Nature Immunology 期刊首度揭示酵素蛋白激酶GLK是調控自體免疫反應之關鍵分子,且發現GLK過量表現於SLE患者的T淋巴細胞中。2018年於Science Advances期刊接續證實,GLK過量表現特別誘發AhR-RORγt蛋白質複合體,造成T淋巴細胞及IL-17A細胞激素大量產生,導致自體免疫反應。2019年更研發出GLK小分子抑制劑。然而,多年來懸而未解的問題是,GLK為何會過量表現於SLE患者中呢?

歷時十一年,譚澤華特聘研究員率領莊懷佳助研究員及研究團隊與台中榮民總醫院、高雄醫學大學合作,結合基礎醫學及臨床醫學研究,終於發現MAP4K3(又名GLK)基因變異為自體免疫疾病—全身性紅斑狼瘡關鍵致病因子。此項研究已發表於全球知名、風濕病醫學領域研究型第一名期刊―風濕病年鑑《Annals of the Rheumatic Diseases》(IF = 19.103)。

研究團隊運用深度次世代基因定序(DNA deep sequencing; 30萬reads/ gene)分析健康者、SLE患者和患者家屬之DNA樣本,共431例,研究是否GLK基因變異與SLE發生相關。結果發現,高達四成的SLE患者帶有GLK基因變異,包含14種體細胞性基因變異(somatic variant)以及4種遺傳性基因變異(germline variant)。這其中2種基因變異位於GLK 3’-UTR,造成GLK之mRNA過度穩定而增量,另外16種基因變異位於coding region,造成GLK蛋白質過度穩定而量增。

為了研究基因變異造成GLK蛋白質穩定之分子機制,譚博士研究團隊運用蛋白質體學,鑑定出可誘發GLK蛋白降解之泛素酶(E3 ubiquitin ligase)「MKRN4」,一舉推翻科學界既往認定MKRN4為「假基因」(pseudogene)的概念,分析其胺基酸序列後發現,MKRN4實為其家族蛋白成員中最長最完整的一員,更為全球首度證明MKRN4是帶有實際功能的泛素酶蛋白,其受質即為GLK蛋白。MKRN4泛素酶負責將過多之GLK泛素化,且引發GLK降解而減量;反之,coding region上之特定GLK基因變異,會躲避與MKRN4泛素酶結合,或是喪失GLK蛋白上的泛素化位點(Lysine 650),因此可逃脫MKRN4調控之GLK降解作用,造成GLK在T淋巴球中過量表現。

研究團隊證明14種SLE患者特有的GLK基因變異均造成GLK表現量上升,接續誘發IL-17A細胞激素產生,導致自體免疫疾病。若能定期追蹤帶有GLK基因變異的家族成員,可望藉由基因檢測提早在輕症時即診斷出SLE,以利及早治療。研究團隊已開發簡便的GLK基因變異之檢測套組,期待推動成為全身性紅斑狼瘡或是其他自體免疫疾病的精準個人化醫療基因檢測項目,嘉惠自體免疫疾病高風險族群。目前,國際大藥廠針對自體免疫疾病療法著重於研發抗IL-17A抗體之生物製劑,然而其藥價高昂。譚博士研究團隊已開發可精準鎖定GLK之小分子抑制劑,直接從上游抑制IL-17A產生,具有潛力發展為成本較低的自體免疫疾病小分子標靶藥物,期待進一步推展臨床試驗。

研究論文全文:https://ard.bmj.com/content/early/2021/10/05/annrheumdis-2021-221010

文/圖:免疫醫學研究中心莊懷佳助研究員

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