注射基因沉默剂可阻止ALS恶化，挽救运动功能

 诸平

Martin Marsala, MD, is a professor in the Department of Anesthesiology at UC San Diego School of Medicine. Credit: UC San Diego Health Sciences

据美国加州大学-圣地亚哥分校（University of California - San Diego）2019年12月23日提供的消息，加州大学圣地亚哥分校医学院麻醉学系教授医学博士Martin Marsala领导的国际团队在《自然医学》杂志上发表论文——Mariana Bravo-Hernandez, Takahiro Tadokoro, Michael R. Navarro, Oleksandr Platoshyn, Yoshiomi Kobayashi, Silvia Marsala, Atsushi Miyanohara, Stefan Juhas, Jana Juhasova, Helena Skalnikova, Zoltan Tomori, Ivo Vanicky, Hana Studenovska, Vladimir Proks, PeiXi Chen, Noe Govea-Perez, Dara Ditsworth, Joseph D. Ciacci, Shang Gao, Wenlian Zhu, Eric T. Ahrens, Shawn P. Driscoll, Thomas D. Glenn, Melissa McAlonis-Downes, Sandrine Da Cruz, Samuel L. Pfaff, Brian K. Kaspar, Don W. Cleveland, Martin Marsala. Spinal subpial delivery of AAV9 enables widespread gene silencing and blocks motoneuron degeneration in ALS, Nature Medicine, 2019. DOI: 10.1038/s41591-019-0674-1, Published: 23 December 2019.  https://nature.com/articles/s41591-019-0674-1. 此文描述了一种向成年的肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）小鼠有效递送基因沉默载体的新方法，从而长期抑制了这种疾病。如果在疾病发作之前就已经递送了治疗媒介，则将导致退行性运动神经元疾病；如果在症状已经出现的情况下开始治疗，则成年动物的疾病进展会受到阻碍。

研究结果于2019年12月23日发表在《自然医学》（Nature Medicine）杂志。医学博士Martin Marsala是该研究的通讯作者，他是加州大学圣地亚哥分校医学院麻醉学教授，也是桑福德再生医学联合会（Sanford Consortium for Regenerative Medicine）的成员。

ALS是一种神经退行性疾病，影响大脑和脊髓中的神经细胞。负责传达运动的运动神经元受到特别伤害，随后逐渐失去肌肉控制，影响说话、进食、运动和呼吸的能力。每年有5,000多名美国人被诊断出患有ALS，目前估计有3万人患有这种疾病。尽管有对症治疗ALS，但目前尚无治愈方法。诊断后两到五年，大多数患者都死于该病。

ALS有两种类型即散发型和家族型。散发型是最常见的形式，占所有病例的90％~95％。它可能会影响任何人。在美国，家族型ALS占所有病例的5％~10％，并且是遗传性的。先前的研究表明，与ALS相关的名为SOD1的基因，至少200个突变。

SOD1基因通常用于制备所谓的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase）的酶，它被广泛用于为分解由正常细胞过程的副产物产生的毒性氧分子——超氧自由基提供指令。先前的研究表明，SOD1基因突变可能导致无效清除超氧化物自由基或产生其他毒性，导致运动神经元细胞死亡，从而导致ALS。

新方法涉及注射一种能够沉默或关闭目标基因的人工RNA分子——shRNA，该shRNA通过无害的腺相关病毒传递至细胞。在这项新研究中，将携带shRNA的病毒的单次注射置于成年小鼠脊髓中两个表达SOD1基因引起ALS突变的位点上，既可以在疾病发作之前也可以在当动物开始出现症状时。

其他早期的努力涉及将沉默载体通过静脉注射或引入有症状的早期小鼠的脑脊髓液中，虽然疾病进展被延迟，但仍在继续，并且小鼠很快死亡。在这项新的研究中，一次皮下注射（在pia物质下方，包裹着大脑和脊髓的最细微的最内层膜下注射）显著减轻了有症状的小鼠的神经退行性变，显示出正常的神经功能，没有可检测到的疾病发作。功能作用与运动神经元和其他细胞（包括神经元和肌肉纤维之间的连接）得到有效保护。

在已经表现出ALS样症状的成年小鼠中，注射有效地阻止了疾病的进一步发展和运动神经元的退化。

这两种方法在整个研究过程中，受影响的小鼠都未表现出负面的副作用。

加州大学圣地亚哥分校医学院麻醉学系（Department of Anesthesiology）教授，医学博士马丁·马尔萨拉（Martin Marsala）说：“目前，这种治疗方法提供了在突变的SOD1基因相关的ALS 小鼠模型中所证实的最有效的治疗方法。”

“此外，成年动物中脊髓的AAV9载体的有效递送表明，这种新的递送方法的使用将可能有效治疗其他遗传形式的ALS或其他需要脊髓实质递送治疗基因的脊髓神经退行性疾病的治疗基因或突变的基因沉默机制，例如与C9orf72基因突变相关的ALS或某些形式的溶酶体贮积病（lysosomal storage disease）。”

该研究小组还测试了成年猪的注射方法的安全性和有效性，成年猪的脊髓尺寸与人类相似。使用开发用于成人的注射装置，他们发现该过程可以可靠地执行，并且没有手术并发症。

马丁·马尔萨拉博士说，下一步需要对大型动物模型进行额外的安全性研究，以确定治疗载体的最佳安全剂量。“虽然在治疗后一年多的时间里没有在小鼠中发现与治疗有关的副作用，但对人类更相似的大型动物的安全性定义，是将这种治疗方法推向临床测试的关键步骤。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Study safely delivers RNAi-based gene therapy for ALS in animal model

Abstract

Gene silencing with virally delivered shRNA represents a promising approach for treatment of inherited neurodegenerative disorders. In the present study we develop a subpial technique, which we show in adult animals successfully delivers adeno-associated virus (AAV) throughout the cervical, thoracic and lumbar spinal cord, as well as brain motor centers. One-time injection at cervical and lumbar levels just before disease onset in mice expressing a familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS)-causing mutant SOD1 produces long-term suppression of motoneuron disease, including near-complete preservation of spinal α-motoneurons and muscle innervation. Treatment after disease onset potently blocks progression of disease and further α-motoneuron degeneration. A single subpial AAV9 injection in adult pigs or non-human primates using a newly designed device produces homogeneous delivery throughout the cervical spinal cord white and gray matter and brain motor centers. Thus, spinal subpial delivery in adult animals is highly effective for AAV-mediated gene delivery throughout the spinal cord and supraspinal motor centers.