在一项突破性的镰刀型细胞贫血症（Sickle Cell Disease，SCD）研究中，明尼苏达大学科学与工程学院的生物医学工程师们发现，该病构建模块（buildingblocks）的组装效率远低于之前的预期。

这一发现使新疗法成为可能，包括可以更小剂量使用的新药物，从而造福全球近2000万终生患病的患者。

这项研究包括了迄今为止在分子水平上对该病最精确的测量，其结果发表于美国科学促进协会主办的《科学·进展》（Science Advances）杂志。

“尽管人们早在几十年前就已经知道SCD的分子机制，但从来没有人在这一水平上对该病进行如此深入的研究，”明尼苏达大学生物医学工程副教授、该研究第一作者David Wood说，“我们在纳米尺度的发现相当令人惊喜：该病自我组装过程的效率比我们想象的低，这意味着我们能够更容易地开发出在更小剂量就有效而且副作用更少的新药物。”

SCD是一种遗传性的终生疾病，会导致红细胞内的血红蛋白异常。血红蛋白分子的作用是为机体运输氧气，而SCD会使红细胞内的血红蛋白分子纤维化，就像“硬棒”一样。纤维的形成会使红细胞硬化，并将其形状从正常的圆盘型改变为异常的新月型或镰刀型。

硬化的红细胞会造成血管堵塞，导致血流减慢或停止，无法将氧气运输到附近组织。缺氧会影响整个机体，造成剧烈疼痛，增加中风的风险，还会导致感染。

在这项研究中，明尼苏达大学研究人员使用显微镜和照相机在纳米尺度上对组装活动中的单个镰状血红蛋白纤维进行了最高分辨率的测量。他们的测量结果显示，之前的研究低估了镰状血红蛋白的增加和减少率。新的研究结果表明，镰状血红蛋白的自组装过程速度快但效率低。他们发现这个过程的效率是4%，而之前的研究认为是96%。

“这就好像用乐高积木建造一座塔，”Wood说，“每100块乐高积木中，实际上只有4块会成为塔的一部分，我得另外堆100块才能再用4块来造塔。说明这个过程的效率比之前想的要低得多，干扰这个过程也并不需要太多的药物。”

目前只有两种获得FDA批准的SCD治疗药物。虽然一些更新的替代疗法（包括干细胞移植和基因疗法）正在研发中，但Wood表示，发展中国家的数百万患者可能无法得到这些新型治疗。

据估计，全世界每年约有30万新生儿患有SCD。在发展中国家，尤其是在撒哈拉以南的非洲国家和印度，该病仍然是导致婴幼儿死亡的主要原因。据估计这些国家50-90%的SCD患儿会在5岁前死亡。此外，美国有近10万人罹患该病。据美国疾病控制与预防中心估计，每365个新生黑人或非裔美国人中会有1人罹患该病，每16300个新生拉丁裔美国人中会有1人患病。美国SCD患者的预期寿命中值为47岁。

“我们希望这项研究揭示的新信息能够在世界范围内产生重大影响，推动研发能够帮助数百万患者的新药物和治疗方法，”Wood说道。

Wood与明尼苏达大学生物医学工程系教授David Odde以及博士后研究员Brian Castle合作进行了这项研究。这项研究建立在Odde之前对癌症中相似微管组装的研究工作之上。

“微管是癌症治疗的重要靶点，我们认为可以把研究微管所获得的知识应用到对SCD的研究上，事实证明我们是对的，”Odde说，“在研究过程中，我明白了合作的力量之大。我专攻癌症中的微管自组装，而Wood教授研究SCD已经有十多年了，通过与他合作并结合Castle博士在纳米尺度成像和分析方面的专业知识，我们取得了重大突破。”

外文：Research Brief: Most precise measurements of sickle cell disease building blocks could lead to new treatments