俄國最後的沙皇與羅曼諾夫家族的「血友病」的基因

俄國最後的沙皇與羅曼諾夫家族的「血友病」的基因
我們想讓你知道的是

Hemophilia一詞英文的意思是「親血」,中文譯為血友病。這事實上是一大諷刺:他們一旦流血,因血液中缺少凝血劑難以止血。

文:賴昭正(前清大化學系所長,合創《科學月刊》)

話說天下分久必合,合久必分,蘇俄經過幾年的動盪、飢荒、內戰和驅逐外侵後,貴族們在1613年推舉16歲的羅曼諾夫(Mikhail Romanov)為新沙皇,建立了羅曼諾夫王朝(Romanov Dynasty)。此王朝經歷305年、18個沙皇的統治,到末代沙皇尼古拉二世(Nicholas II)時,於1917年發生的二月革命中被逼退位、軟禁。

爾後的十月革命,列寧(Vladimir Lenin)的布爾什維克(Bolsheviks,共產黨)掌權,不久便進入內戰。直到1922年才正式統一建立了蘇維埃社會主義共和國聯盟(Union of Soviet Socialist Republics),簡稱「蘇聯」。

尼古拉二世的統治,是一系列不間斷的災難。當他於1894年因父亡繼位時,幾乎沒有政府經驗。同年,他與德國一公國的公主亞歷山德拉(Alexandra)結婚。結婚後生了四個女兒,但卻為沒有一位男性沙皇繼承人而煩惱。

1904年8月,他們終於如願以償生下一個兒子亞歷克西斯(Alexis)。但不幸的是兒子罹患血友病,他們不但完全對外封鎖此惡耗,1906年底還請了一位巫醫僧侶拉斯普丁(Grigori Rasputin)在暗地裡為他「治病」。

拉斯普丁憑藉其「止血的能力」,贏得了沙皇尼古拉二世和亞歷山德拉的青睞。當尼古拉二世在第一次世界大戰率領俄羅斯軍隊在前線時,拉斯普丁毫無顧忌地通過亞歷山德拉全權干涉內政,加上他淫亂和醉酒的私生活,導致貴族、教會正統派和廣大民眾的不滿。不但加速羅曼諾夫王朝的滅亡,自身也於1916年12月29日被貴族謀殺。

Григорий_Распутин_(1914-1916)b
由 unknown; photo retaking by George Shuklin (talk) - State museum of political history of Russia, 公有領域, 連結
拉斯普丁(Grigori Rasputin)
血友病的發現歷史

Hemophilia一詞英文的意思是「親血」,中文譯為血友病。這事實上是一大諷刺:他們一旦流血,因血液中缺少凝血劑難以止血。幾個世紀以來,血友病患者一直生活在出血危機的恐懼中,皮膚上的劃痕可能會導致血流成河的災難。

早期大多數患有嚴重血友病的人都死於兒童時期和少年,死亡的主要原因是重要器官(尤其是大腦)出血。倖存者通常因關節反覆出血而癱瘓,這使血友病成為當時醫學界已知最痛苦的疾病之一。

雖然早在西元二世紀就已經知道流血不止導致死亡的現象,但是遲至1803年,美國費城的醫生奧托(John Conrad Otto)才首次發表文章,表示此疾病由本身沒有受到影響的女性攜帶者傳播,主要影響男性,並在某些家族中流行。該病主要在兒童時期發作,關節出血是最典型的特徵。奧托稱男性患者為出血者(bleeder)。

10年後,海伊(John Hay)在《新英格蘭醫學》(New England Journal of Medicine)期刊上發表了一理論,謂受影響的男人可以將出血性疾病的特徵傳給女兒,但女兒並不會受到影響──這是第一個有關X連鎖(X-linked)遺傳疾病的研究報告,也是人類最早發現與X染色體有關的疾病之一,證明遺傳因子(基因)確實存在於染色體中。

「血友病」一詞,出自於蘇黎世大學學生霍夫(Friedrich Hopff)及他的指導教授舍來恩(Johann Schönlein)博士。他們於1928年首先稱該病為「出血性血友病(hemorrhaphilia)」,後來則簡稱為血友病。1947年,阿根廷布宜諾斯艾利斯的醫生帕夫洛夫斯基(Alfredo Pavlovsky)在他的實驗室中,區分出兩種類型的血友病:A和B型。

通常人們天生就有一種稱為凝血因子(clotting factor)的關鍵蛋白,該蛋白可在受傷後幫助血液凝結。而血友病患幾乎沒有凝血因子,早在1920年就有研究報告凝血因子I缺乏症,1940年代發現凝血因子II和V缺乏症。1950年代,稀有凝血因子缺陷方面的工作激增:凝血因子VII、X、XI和XII的缺陷陸續出現。1960年,發現凝血因子XIII缺乏症。

現在已經發現有13種凝血因子,可與血小板一起幫助血液凝結。A型血友病是因血液中缺少凝血因子VIII(factor VIII)的蛋白質,B型血友病則是因缺凝血因子IX(factor IX)的蛋白質。

血友病的致病基礎

血友病通常是一種遺傳性出血疾病(圖一),很早就被明確歸因於單個基因突變造成的人類疾病。與血友病有關的基因位於性染色體中的X染色體。男性因為只有一個X染色體,所以只要基因不正常,就會引起血友病。女性因有兩個X染色體,加上血友病為隱性(recessive)基因,要兩個染色體都發生突變才能引起此疾病(非常罕見)。

因兒子的X染色體必從母親來,故X連鎖遺傳的一個特徵,是父親不能將疾病傳遞給兒子。如果母親兩個X染色體中的一個基因發生突變,則稱為帶原者(carrier),本身雖然沒有病,但卻可能將這一突變基因傳給孩子。

圖一(17)
Photo Credit: 科學月刊
圖一:血友病的遺傳。若母親為血友病基因帶原者,則所生的男嬰有50%機率罹患此疾病(綠色);圖中黑色表示不帶血友病基因,半黑半綠為血友病基因帶原者。

美國國家血友病基金會(National Hemophilia Foundation)表示,A型血友病在5000個男嬰中就會有一位,其普遍性約為B型血友病的四倍。在美國,患有血友病的人數估計約為2萬;全世界血友病的病患超過40萬人,但大約有75%的病患,仍未能得到充分的治療或根本無法獲得治療。

1837年成為英國女王的維多利亞女王(Queen Victoria),因基因自然突變而成為血友病的帶原者。她將此特質傳遞給了9個孩子中的3個:兒子利奧波德(Leopold)在30歲時,因摔倒後流血不止而去世;女兒愛麗絲(Alice)和比阿特麗斯(Beatrice)則是血友病的帶原者,繼續將突變的X染色體傳給她們的孩子。

例如比阿特麗斯的女兒嫁入西班牙王室,把基因傳給了西班牙王位的男性繼承人;愛麗絲的女兒阿利克斯(Alix),就是後來與俄羅斯沙皇結婚的亞歷山德拉皇后。也因如此,血友病因維多利亞女王的關係,在歐洲皇家中流行甚廣,故也被稱為「皇家疾病(Royal disease)」。

血友病醫治的進展

1950年代,尼爾森(Inga Marie Nilsson)、勃朗貝克夫婦(Margareta 及Birger Blombäck)在斯德哥爾摩,使用血漿蛋白分離出來的「fraction I-0」治療血友病。但這樣分離出來的產物,缺乏足夠的VIII或IX因子蛋白,故無法阻止嚴重的出血。

1970年代中期,已經可以透過注射濃縮的VIII因子治療血友病。單劑量的濃縮凝血因子,需要由數千公升的人類血液中蒸餾出來,這相當於100次輸血,因此一名血友病患者體內,可以說是集結成千上萬捐血民眾的血液。因多次輸血的患者常常出現神秘的免疫崩潰,顯然供應凝血因子VIII的來源可能被污染了,因此染上後天免疫缺乏症候群(acquired immune deciency syndrome, AIDS),也就是俗稱的愛滋病。

這情形顯然不但比當初從2000公斤的豬胰臟,萃取30公克的胰島素更不經濟,更可怕的是還可能傳染疾病。1978年5月,基因泰克(Genentech)成功地造出了第一個以生物科技「合成」的人造胰島素後,分子生物學家當然也想到用類似的方法來製造VIII因子。

但基因泰克所合成的生長抑制素(somatostatin)只由14個胺基酸構成,而較複雜的胰島素基因最多也只由51個胺基酸組成;相較之下,凝血因子VIII含有2350個胺基酸。因此,凝血因子VIII基因不能像生長抑制素或胰島素一樣,通過化學方法製造出來,分子生物學家只能從人類細胞中剝繭抽絲地拉出來。

1984年4月,基因泰克及基因學研究所(Genetics Institute),同時宣布他們已經在試管中純化重組凝血因子VIII──一種不受人血污染的凝血因子,終於在AIDS氾濫整整兩年後被「合成」了。

1987年3月,血液學家懷特(Gilbert White)在北卡羅來納州血栓與止血中心(Center for Thrombosis and Hemostasis),進行了由倉鼠衍生出的重組VIII因子臨床試驗。第一位接受治療的是一位43歲的血友病患者G.M.。

在進行靜脈注射後,懷特便一直焦急地徘徊在G.M.床邊,緊張地觀察G.M.對該藥的反應。輸血幾分鐘後,G.M.不但停止說話,也閉上了眼睛,下巴靠在胸前……。懷特緊張的叫:「跟我說話!」但G.M.還是沒有任何回應。當懷特正準備發布醫療警報、宣布失敗時,G.M.卻突然轉過身,發出倉鼠般的聲音,大笑起來。

這種治療法,需要每週一次或更多次靜脈注射缺失的凝血蛋白,加上重組凝血因子昂貴,血友病患者中也大約只有25~30%可以完全用替代因子。因此,有生物科技學家便想到:為什麼不直接透過病毒,將製造凝血因子的基因置入到細胞中,使病人自己產生缺失的蛋白,恢復血液的凝結功能呢?

此基因療法,事實上早在1980年代中期就被提出,但一直到1990年代,可以在人體中改變基因的生物科技才慢慢成熟。不幸的是,當時發生一件《紐約時報》稱為「生技死亡(biotech death)」的案件(註1),導致幾乎所有(美國)基因療法試驗都被凍結,在經過一番反省、檢討與技術改進後,這一領域才又慢慢恢復正常。

2014年,一群英美合作的醫生在《新英格蘭醫學》期刊上,發表了一篇具有里程碑意義的研究,透過新型「腺相關病毒血清型8(adeno-associated virus serotype 8, AAV8)」載體,將凝血因子IX的基因,靜脈注射到B型血友病受試者體內。臨床試驗結果發現,受試者血中的凝血因子IX含量有所改善。而且在三年的追蹤,也未發現此療法產生毒性。

專門報導全球血液學及腫瘤學新聞的ASH Clinical News在2018年10月謂:

「血友病的基因療法已經來臨了,並且正在奏效。該領域正在穩步發展:這項革命性方法的最新試驗結果,使患者的抗凝因子活性水平恢復到正常或接近正常,並使患者的年出血率降低到近90%。」

最後的沙皇──基因鑑定與正寢

因為蘇聯共產黨一直不肯承認他們殺害了尼古拉二世一家七口(註2),因此一直傳言有人成功逃出來。更有謠言說沙皇在革命前曾在英格蘭銀行存款1000萬盧布,因此冒充未被謀害之皇室家族的人不少。

1979年5月,一名業餘偵探在當初「執刑者」兒子的幫助下,發現大部分尼古拉二世家庭的遺骸;但由於擔心遭到蘇聯政府的報復,他們立即再次埋葬了骨頭。1989年,蘇聯開始開放討論羅曼諾夫王朝後,這些遺體的存在才被公開。1991年7月,這些遺體身份終於透過法醫和DNA的鑑定,確認是沙皇尼古拉二世、皇后和三個女兒。

Nicholas_II_by_Boissonnas___Eggler_c1909
由 Boissonnas & Eggler, photographer, active 1902-1923, St. Petersburg, Nevsky 24. - 皇室收藏, 公有領域, 連結
沙皇尼古拉二世

剛解體後的蘇聯政府,曾於1993年對這起謀殺案展開調查,但在1997年卻悄然地擱停下來。隔年7月17日,末代沙皇尼古拉二世及直系親屬的遺體,終於被厚禮安葬在聖彼得堡的聖彼得和保羅大教堂。

2007年,業餘考古學家發現第二個較小的墳墓,DNA證明了遺體就是尼古拉二世的兒子亞歷克西斯及大女兒。2009年,透過基因測序和擴增技術,研究人員發現這已有91年歷史的基因序列中,有一突變,可導致因子IX基因上的異常剪接位點(abnormal splicing site),而這正是B型血友病的一個特徵。

在蘇聯時期,羅曼諾夫皇室家族一直被冠以「人民之敵人」的惡名,尼古拉二世更被嘲笑為一軟弱無能的領袖。2008年,在經過漫長法律糾紛之後,俄羅斯總檢察長辦公室,終於將尼古拉二世的屠殺正名為「政治壓迫的受害者」。

註釋

1. 格辛格(Jesse Gelsinger)出生時,就發生肝臟中一種合成代謝酶(ornithine transcarbamylase, OTC)的單基因突變。在蛋白質分解時,如果沒有OTC,則蛋白質的代謝副產物胺會在體內積累,損害血管和細胞,或擴散通過血腦屏障而導致大腦神經元的緩慢中毒。

1999年6月,18歲的格辛格自願加入賓州大學的人體實驗。該大學的小兒科醫生巴特肖(Mark Batshaw)和威爾遜(James Wilson),透過重組基因技術將OTC基因導入腺病毒(adenovirus,一種只會引起普通感冒、但不會造成任何嚴重疾病的病毒),再通過血液將病毒傳遞到肝臟,讓它們感染肝細胞,被病毒感染的肝細胞會因OTC基因開始合成OTC酶。

1999年9月13日,手術醫師將30毫米的濃縮腺病毒透過格辛格大腿附近血管輸送到肝臟附近。當天下午一切平靜,可是傍晚後格辛格竟發高燒,各種問題接著慢慢出現,經過一連串的拯救無效後,格辛格因免疫過度反應於9月17日死亡。

2. 官方的說法是:只有沙皇被殺,他的妻子和家人在一個未公開的地點得到照顧。

參考資料
  • Siddhartha Mukherjee, The Gene-An Intimate History, Scribner, New York, USA, 2016.
  • 賴昭正,〈人造胰島素開啟生技產業──胰島素與生技產業的誕生〉,泛科學,2017年02月24日。
  • 賴昭正,〈你的基因是別人的專利?生技產業的金錢遊戲由此開啟 〉,泛科學,2019年07月12日。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航