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【遗传病科普第122期】单次AAV基因治疗恢复老龄遗传性耳聋小鼠的听觉功能

已有 1748 次阅读 2023-6-3 20:13 |个人分类:遗传基因致病机制|系统分类:科普集锦

2023年5月26日，来自哈佛医学院的Zheng-Yi Chen团队的研究成员在Molecular Therapy杂志上发表了题为Rescue of auditory function by a single administration of AAV-TMPRSS3 gene therapy in aged mice of human recessive deafness DFNB8的研究论文。该研究构建了TMPRSS3基因突变导致的耳聋小鼠模型并使用TMPRSS3的腺病毒载体对小鼠进行治疗，单次注射即可有效恢复小鼠的听力。该研究首次表明了AAV疗法在听力损失的老龄动物模型中也可发挥治疗效果。

研究背景

听力损失是最常见的感觉器官缺陷之一，影响全球约4.66亿人。助听器和人工耳蜗是治疗听力损失的唯一方法，但是对于神经节缺陷的患者却无计可施；并且目前也没有可以逆转或预防遗传性听力损失的治疗方法。TMPRSS3蛋白是一种Ⅱ型跨膜丝氨酸蛋白酶，参与耳蜗毛细胞的激活；编码该蛋白的基因发生突变会以常染色体隐性的方式导致听力损失。研究表明，有些TMPRSS3基因缺陷的患者即使接受了人工耳蜗植入治疗，听力仍会随时间推移而不可避免的减弱。此外，尽管有多项研究表明使用AAV基因治疗可以挽救新生或幼龄动物模型的听力，但是在发育成熟或老龄动物模型中（内耳中不同类型的细胞已经受损严重并且不能再发挥功能），该疗法却未能取得预期疗效；而在人类中，即使是新生儿，内耳中的细胞也已经完全成熟。

研究结果

研究人员使用CRISPR-Cas9技术构建了TMPRSS3基因c.916G>A的基因敲入小鼠，并对小鼠的耳蜗神经输出功能以及外毛细胞功能进行检测。和野生型小鼠相比，Tmprss3^A306T/^A306^T小鼠的听力在1.5个月、10.5个月的时候均未表现出听力损失，在16.5个月的时候表现出听力损失，并且在22.5个月的时候进一步出现恶化。这些结果表明，Tmprss3^A306T/A306T小鼠表现出晚发、渐进性听力损失。

图1. Tmprss3^A306T/A306T小鼠表现出晚发、渐进性听力损失

研究人员首先构建了鼠源Tmprss3的AAV2（II型腺病毒）载体，并注射到1月龄野生型小鼠的内耳以测试该病毒载体是否具有耳毒性；四周后对小鼠听力进行测试，发现鼠源AAV2-hTMPRSS3会损伤小鼠外毛细胞并导致小鼠听力损失。

研究人员进一步构建了人源TMPRSS3的AAV2载体（AAV2-hTMPRSS3）并注射到小鼠的内耳中，AAV2-hTMPRSS3可以在小鼠毛细胞和耳蜗螺旋神经节细胞中表达。对18.5月龄的Tmprss3^A306T/A306^T小鼠的一侧内耳进行AAV2-hTMPRSS3注射，未注射的对侧耳作为对照，并使用同龄的野生型小鼠评估听力在衰老过程中的变化；此后每隔1个月对小鼠听力进行检测。和野生型小鼠相比，在注射后1个月，注射Tmprss3^A306T/A306^T的耳朵听力即开始恢复，持续到第5个月，期间听力水平与野生型小鼠相当。在第23.5月龄时，野生型小鼠的听力开始损失，此时，注射AAV2-hTMPRSS3的Tmprss3^A306T/A306^T小鼠的耳朵也不再表现出听力恢复。AAV2-hTMPRSS3基因治疗可以长期挽救Tmprss3^A306T/A306^T小鼠的听力损伤。对耳蜗进行免疫荧光，研究人员发现AAV2-hTMPRSS3可以挽救突变导致的耳蜗中的毛细胞和耳蜗螺旋神经节细胞的损失。

图2.单次AAV2-hTMPRSS3注射可以挽救Tmprss3^A306T/A306^T小鼠的听力损失

结论

耳蜗螺旋神经节细胞的功能直接影响人工耳蜗的疗效；AAV2-hTMPRSS3可以恢复TMPRSS3基因突变导致的小鼠耳蜗螺旋神经节细胞的损失并恢复小鼠的听力损失，为人工耳蜗植入治疗效果不佳的TMPRSS3基因缺陷的患者提供了潜在治疗手段。此外，由于人类出生后内耳中的细胞即是完全成熟的，针对内耳中未成熟细胞的基因治疗必须在子宫内进行干预，因此这些治疗方案在临床上是不现实的；而本研究针对成熟的内耳细胞也达到了治疗效果，为耳聋患者的基因治疗提供了一个更广泛的治疗窗口。本研究也证明基因治疗甚至可以在生命的晚期阶段发挥疗效，为未来的临床应用打下了坚实的基础。

参考文献：Du W, Ergin V, Loeb C, et al. Rescue of auditory function by a single administration of AAV-TMPRSS3 gene therapy in aged mice of human recessive deafness DFNB8 [published online ahead of print, 2023 May 22]. Mol Ther. 2023;S1525-0016(23)00261-7.