AAV递送的基因治疗,有望治愈天使综合征

2021
10/25

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生物世界
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撰文 | 王聪
编辑 | 王多鱼

排版 | 水成文

题图为天使综合征患者,来自UNC


天使综合征(Angelman syndrome),是一种罕见的脑部疾病,约 20000 名新生儿中就有一名患病。患病儿童有严重的智力障碍、癫痫发作、行走和睡眠障碍,以及缄默症(有些甚至一生中一言不发),脸上始终带着笑容,因此也称为快乐木偶综合征。该疾病也列入了中国第一批罕见病名录。


天使综合征是由位于15号染色体上的 UBE3A 基因突变或缺失导致的单基因遗传病,然而,其遗传学原理又比一般的单基因遗传病更为复杂。通常每个基因都有两个拷贝(一个来自父亲,一个来自母亲),这一对基因也被称为等位基因。然而,UBE3A 基因比较特殊,该基因来自父亲的拷贝并不表达,处于沉默状态,成熟的神经元通常只表达来自母亲的拷贝,如果来自母亲的出现问题,就会导致患上天使综合征。更加复杂的是,正常情况下,神经元表达的 UBE3A 基因有两个转录本,一种是短版本,一种是长版本,二者比例大约为3:1。


对于这种复杂的遗传疾病,基因治疗几乎是唯一的希望。


近日,美国北卡罗来纳大学的研究人员在 JCI Insight 期刊发表了题为:Dual-isoform hUBE3A gene transfer improves behavioral and seizure outcomes in Angelman syndrome model mice 的研究论文。


研究团队使用腺相关病毒(AAV)载体递送的基因治疗,将治疗性 UBE3A 基因递送到天使综合征小鼠模型的大脑,并成功修复了其运动缺陷、癫痫发作和其他神经系统症状,且没有明显副作用。这位进一步的灵长类动物实验和人体临床试验奠定了基础。



首先,研究团队构建了天使综合征小鼠模型,该小鼠模型缺乏 UBE3A 基因的来自母亲的拷贝,与患有天使综合征的人类一样,这些小鼠在出生后无法在其神经元中表达 UBE3A 蛋白,并很快出现运动缺陷、癫痫发作和其他神经系统症状。

然后研究团队构建了一种双转录本 UBE3A 基因的载体,可以同时转录表达为两个不同长度版本的 UBE3A 蛋白,当它在神经元中表达时,会以接近正常的3:1的比例产生短版本和长版本的 UBE3A 蛋白。然后将这种治疗性 UBE3A 基因装载到腺相关病毒中 (使用PHP.B血清型) ,再将其注射到新生天使综合征模型小鼠大脑中的脑室。


研究团队发现,在注射后几天,AAV携带的 UBE3A 基因在整个天使综合征模型小鼠大脑的神经元中变得活跃,其表达水平与正常小鼠相似。这种治疗恢复了小鼠的运动技能学习和小鼠基本挖掘、挖洞和筑巢行为。而未经治疗的小鼠则出现了类似天使综合征的症状。接受治疗的小鼠也不会像未接受治疗的小鼠一样对实验诱导的癫痫发作敏感,重要的是,这种基因治疗没有观察到任何明显的副作用。

研究团队表示,这是一项概念验证研究,证实了这种基因疗法的可行性,如果这些早期结果转化为临床试验,将大大改善天使综合征患者的生活质量,降低患者家人的负担。

研究团队正在计划进一步推进这一研究,将在小鼠和猴子中进行更多测试以优化剂量和递送方法,并最终进行人体临床试验。

研究团队表示,天使综合征是由于 UBE3A 基因突变或缺失导致的大脑发育障碍,因此, 越早治疗效果越好 从出生到4岁之间是一个理想的时间范围,在此期间恢复大脑中的 UBE3A 基因,应该会带来明显的治疗效果

在此之前,天使综合征研究领域权威专家、北卡罗来纳大学神经科学中心主任 Mark Zylka 教授增提出一个更为激进的治疗方法:向子宫内胎儿的大脑注射AAV病毒介导的CRISPR-Cas9基因编辑系统,利用Cas9破坏掉沉默父本 UBE3A 基因的反义转录物,从而重新激活来自父亲的 UBE3A 基因的表达。这是一种以前从未尝试过的激进的治疗方法,相关实验表明,当胎儿大脑处于发育的孕中期阶段时,该基因疗法能够取得最佳的治疗效果。

论文链接:
https://insight.jci.org/articles/view/144712


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关键词:
天使综合征,AAV,神经元,基因,研究,癫痫

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