2021年7月，香港科技大学叶玉如院士带领的团队在Nature Biomedical Engineering杂志上发表了一篇名为“Brain-wide Cas9-mediated cleavage of a gene causing familial Alzheimer’s disease alleviates amyloid-related pathologies in mice”的文章。文章主要描述了一种新型的全脑基因编辑技术，并在阿尔兹海默症小鼠模型中进行验证，证明其可以改善小鼠的病理症状，为阿尔兹海默症患者提供了一种新型的治疗方法。

阿尔兹海默症（AD）是一种常见的以进行性痴呆为主要特征的中枢神经系统退行性疾病，是老年人中常见的一种慢性疾病，其临床表现为进行性认知功能障碍和记忆力衰退，生活自理能力丧失等。其病理学特征主要表现为β淀粉样蛋白（Aβ）的积聚和过度磷酸化的tau蛋白组成的神经元纤维缠结。已知家族性AD是由编码β淀粉样蛋白前体蛋白（APP）的基因和编码早老素1（presenilin 1）和早老素2（presenilin 2）的基因显性突变引起的，而AD的发生一般影响多个大脑区域，包括皮质和海马体等。目前对于治疗大脑疾病的基因编辑策略是实质注射，只能影响有限的大脑区域，无法实施全面性的治疗。

基因编辑技术作为治疗遗传性阿尔兹海默症的策略，已经被用于破坏或纠正家族性AD突变并减少体外Aβ的产生，但目前研究表明，通过CRISPR-Cas9介导的AD小鼠的基因治疗方法虽具备可行性，但其效率极低。

在这项研究中，研究团队开发了一种新型的基因编辑系统，通过一种能够穿过血脑屏障的改良型的腺病毒载体包裹携带有靶向突变RNA的Cas9系统，经过静脉注射的给药方式，使其能在中枢神经系统中广泛传导，实现高效的全脑基因编辑。

研究中设计了两个sgRNA：SW1和SW2（图1a），通过构建EGxxFP报告系统在HEK293T细胞中验证了sgRNA对APP^swe序列的靶向特异性（图1b，图1c），其中SW1在EGxxFP-APP^swe报告基因中有较高的基因编辑效率，且SW1介导的基因编辑能够破坏APP中β分泌酶的切割位点，因此选择SW1进行后续的基因编辑实验。将携带有sgRNA：SW1的CRISPR-Cas9系统用AAV9载体包裹注射到3个月大的转基因小鼠海马中（图1d），注射4周后收集小鼠全脑进行基因组分析发现，AAV介导的Cas9-SW1对大脑区域中的APP^swe突变进行了有效的编辑（图1e，图1f）。

图1. 设计和验证 CRISPR-Cas9 介导的基因组编辑以破坏突变的 APP^swe 等位基因。

研究中还发现经过治疗的转基因突变小鼠，治疗后6个月内Aβ保持低水平、小胶质细胞和星形胶质细胞增生减少、神经元功能得到改善，除此之外其认知功能也得到了一定的改善。这表明这种单次注射的基因编辑策略具有持久的效果，更重要的是，目前为止还未在小鼠身上发现任何副作用的出现。

总的来说，本项研究提出了一种新兴的全脑基因编辑技术，应用了 BBB 杂交、AAV 介导的、基于 CRISPR-Cas9 的策略对体内致病基因进行选择性和有效地基因编辑，并在阿尔兹海默症小鼠模型中证明可以改善其病理症状，并产生持续的有益作用。该项技术有希望转化为阿尔兹海默症的新型长效治疗方法。

参考文献: Duan Y, Ye T, Qu Z, et al. Brain-wide Cas9-mediated cleavage of a gene causing familial Alzheimer's disease alleviates amyloid-related pathologies in mice. Nat Biomed Eng. 2021 Jul 26. doi: 10.1038/s41551-021-00759-0. Epub ahead of print. PMID: 34312508.

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撰文：彭雪杰

编辑：刘振兴

审核：张贤钦