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【遗传病科普第116期】脊髓性肌萎缩症的碱基编辑治疗

已有 2095 次阅读 2023-4-15 21:48 |个人分类:基因治疗|系统分类:科普集锦

2023年3月30日，David·R·Liu等人在Science上发表题为“Base editing rescue of spinal muscular atrophy in cells and in mice”的文章，这篇文章介绍了一种针对脊髓性肌萎缩症（SMA）的新型治疗方法，即利用碱基编辑技术修复SMN2基因上的一个突变位点，从而增加SMN蛋白的表达。作者在细胞和小鼠模型中验证了这种方法的有效性和安全性，并且发现它可以显著改善SMA小鼠的运动能力和寿命。

研究背景

脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种进行性运动神经元疾病。SMA是由于必需的存活运动神经元1（SMN1）基因的纯合缺失或突变引起的。SMN2基因是SMN1基因的一个几乎相同（>99.9%序列同源性）的拷贝，它可以部分补偿SMN1的缺失。然而，SMN1和SMN2在第7外显子上有一个无义的C•G到T•A替换（C6T），导致mRNA转录中第7外显子的异常剪切。由此产生的截短的SMNΔ7蛋白会迅速降解，导致SMN蛋白不足，从而导致运动神经元丧失、瘫痪和死亡。未经治疗的SMA患者平均寿命为6个月。上调SMN蛋白可以拯救运动功能并显著改善SMA患者的预后。然而，内源性SMN蛋白受到多层次的调控，这在不同组织中有所不同。同时SMN过表达可能导致聚集、毒性和组织病理。有三种突破性的治疗药物通过上调SMN蛋白有效地拯救了许多SMA表型并改善了寿命。反义寡核苷酸（ASO）nusinersen（Spinraza）和小分子risdiplam（Evrysdi）都促进了第7外显子的剪切，使SMN水平上调约2倍，并且在临床上证明了高效性。但这些治疗药物促进的SMN蛋白的部分恢复可能在早期和受损组织中是不足的。此外，这些昂贵的治疗药物的功效短暂，需要患者一生中持续服用。

研究结果

研究人员利用单碱基编辑技术在SMN2基因上编辑一个影响外显子剪切的调控区域。作者使用了一个碱基编辑结果预测模型来设计不同的引导RNA序列，并且选择了42种不同的编辑策略进行验证。作者发现他们的预测模型与实验结果具有很高的一致性。作者发现了一种特定的策略可以实现高效且准确地将SMN2 C6T转换为SMN1（图1）。

图1 不同的cas9变体与不同的PAM区组合以及不同的去氨化酶组合形成的不同的剪切策略

为了在SMA的动物模型中实现体内SMN2 C6T转化，我们设计了腺相关病毒（AAV）策略以包装ABE8e-SpyMac（此前筛选出的组合）和用于递送的P8-sgRNA（v6 AAV-ABE8e）。AAV血清型9（AAV9）对多种生物（包括Δ7SMA小鼠和人类患者）的中枢神经系统神经元具有公认的偏好性。在皮质中，AAV9已被证明几乎完全靶向神经元，新生儿的脑室内（ICV）或全身注射可以使脊髓运动神经元的有效转导，从而能够挽救小鼠和人类的SMA疾病表型和致死率。因此，研究人员选择AAV9通过脑室内注射将D10-ABE策略（“AAV9-ABE”）递送至Δ7SMA新生小鼠体内，以在体内校正SMN2 C6T靶标。结果表明Δ7SMA新生小鼠ICV注射AAV9-ABE后能够有效且精确地达成SMN2 C6T的转化（图2）。