西湖大学常兴团队利用碱基编辑，为治愈杜氏肌营养不良症带来希望

2021

11/14

生物世界

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杜氏肌营养不良症（DMD）是一种单基因遗传性疾病，患者在童年时期骨骼肌功能开始弱化，10岁左右失去行走能力，最终会因为心肺功能的严重损伤而在20-30岁左右去世。

杜氏肌营养不良症（DMD）是一种单基因遗传性疾病，患者在童年时期骨骼肌功能开始弱化，10岁左右失去行走能力，最终会因为心肺功能的严重损伤而在20-30岁左右去世。其发病原因在于DMD基因突变，造成肌营养不良蛋白Dystrophin表达缺失，引发骨骼肌和心肌的严重缺陷。

作为最常见的致死性遗传病之一，估计每3500-5000个新生男性中会出现一位DMD患者。尽管在过去30年中，学术界积累了大量针对DMD的基础和临床研究成果，然而目前尚未开发出高效、精准的治疗手段，病人的生命预期以及生活质量并没有得到显著的改善。近年来，基因编辑技术的迅速发展，为DMD等单基因遗传疾病的治疗带来了新的希望。人类遗传学和分子生物学研究证明，通过诱导外显子跳读，恢复DMD基因的读码框，从而产生部分缺失并同时保留生物学功能的Dystrophin蛋白，是治疗杜氏肌营养不良症这一疾病的有效策略。近日，西湖大学生命科学院常兴课题组在 Circulation 杂志在线发表了题为： Therapeutic Exon Skipping via a CRISPR-guided Cytidine Deaminase Rescues Dystrophic Cardiomyopathy In Vivo 的研究论文。该研究证明利用 CRISPR-AID （TAM）碱基编辑器，可以在小鼠模型中 高效诱导外显子跳读，恢复Dystrophin蛋白表达，治愈杜氏肌营养不良症。

西湖大学常兴研究员为本文通讯作者，助理研究员李甲博士为本文第一作者。此前，常兴课题组自主开发了CRISPR-AID （TAM）碱基编辑器（Nature Methods-2016），并在此基础上创建了针对RNA剪接的遗传操作体系（Molecular Cell-2018）。为了探索这一基因编辑系统对于DMD的治疗效果，研究团队首先鉴定了一种新的小鼠模型---DmdE4*。该小鼠的寿命缩短（约50%）、进行性心肌病、脊柱形态异常、肌肉功能衰退等症状，更好地模拟了DMD病人的心脏病理进程。 19271636845184547

图1 针对 Dmd E4*小鼠的基因治疗原理（A）和治疗方案（B）针对这一模型，研究团队以携带致病突变的外显子为目标，利用Cas9-AID碱基编辑器，在目的外显子5'剪接位点诱导G>A突变，使其发生外显子跳读，恢复Dystrophin蛋白的表达，实现修复心肌和骨骼肌的功能（图1A）。随后设计AAV9载体，针对 Dmd E4* 小鼠进行了基因治疗（图1B）。 在经过治疗的DmdE4*小鼠中，心肌及多个肌肉组织中均可以观察到致病外显子发生了跳读，并因此恢复了Dystrophin蛋白的表达 （图2A） ，同时心肌损伤的表型也得到了修复，最终成功延长了DmdE4*小鼠的生存期 （图2B）。图2 针对DmdE4*小鼠的基因治疗效果，A 经过治疗一年后小鼠心脏中Dystrophin（红色）和Sarcoglycan（绿色）蛋白表达恢复；B 经过治疗的小鼠（红色）生存期得到了明显的提高。该研究初步证明了此基因编辑方案对于治疗DMD的 有效性、安全性和持久性 。相比较其他DMD的实验性治疗方案，利用CRISPR-AID碱基编辑器，直接诱导碱基置换，不引发DNA双链断裂，具有更精确和更安全的优点。因此该研究对于DMD这一疾病的药物开发以及病理研究均具有重要的科研意义。同时，常兴团队的研究成果已经完成了初步的成果转化，与国内新兴的基因治疗公司合作，致力于尽快攻克DMD等传统方法难以治愈的遗传性疾病。