CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)有望治療亨廷頓舞蹈癥

【資料簡介】

圖片來自Journal of Clinical Investigation, doi:10.1172/JCI92087

亨丁頓舞蹈癥（Huntington's disease, HD）是一種遺傳性神經(jīng)退行性疾病。破壞腦細(xì)胞中的一種有問題的基因能夠逆轉(zhuǎn)亨丁頓舞蹈癥病理和運(yùn)動(dòng)癥狀。 亨丁頓舞蹈癥是由編碼一種被稱作突變的亨廷頓蛋白（mutant huntingtin, mHTT）的毒性蛋白的基因?qū)е碌?。mHTT蛋白在腦細(xì)胞中形成聚集物，從而導(dǎo)致腦細(xì)胞死亡。它的癥狀通常在中年時(shí)出現(xiàn)，包括不受控制的運(yùn)動(dòng)、平衡問題、情緒波動(dòng)和認(rèn)知下降。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院、中國和暨南大學(xué)的研究人員在在9個(gè)月大的亨丁頓舞蹈癥模式小鼠中利用通過一種病毒載體運(yùn)送的CRISPR/Cas9切除它們的腦細(xì)胞中的mHTT基因的一部分。幾周后，在大腦中接受這種病毒載體注射的地方，這些蛋白聚集物幾乎消失了。此外，這些小鼠的運(yùn)動(dòng)能力得到改善，不過沒有恢復(fù)到健康小鼠的水平。相關(guān)研究結(jié)果于2017年6月19日發(fā)表在Journal of Clinical Investigation期刊上，論文標(biāo)題為“CRISPR/Cas9-mediated gene editing ameliorates neurotoxicity in mouse model of Huntington’s disease”。

論文通信作者、埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院人類遺傳學(xué)教授Xiao-Jiang Li博士說，盡管還需開展安全性和效果測試，但是這些發(fā)現(xiàn)為治療亨丁頓舞蹈癥和其他的遺傳性神經(jīng)退行性疾病打開新的途徑。

盡管CRISPR/Cas9基因編輯的潛力被廣泛地宣傳，但是它并未被用來在人體中治療任何神經(jīng)退行性疾病。這是因?yàn)檫€有幾個(gè)問題需要加以解決，比如有效地將DNA運(yùn)送到腦細(xì)胞中、安全地對腦細(xì)胞中的DNA進(jìn)行調(diào)整等等。2012年，已有人利用一種不同的基因編輯方法（鋅指核酸酶）在亨丁頓舞蹈癥模式小鼠體內(nèi)開展過類似的實(shí)驗(yàn)。 

在當(dāng)前的這項(xiàng)研究中使用的亨丁頓舞蹈癥模式小鼠具有一個(gè)人mHTT基因，用于替換其體內(nèi)一個(gè)正常的亨廷頓蛋白編碼基因（normal huntingtin, nHTT）拷貝。在大約9個(gè)月大的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)問題和mHTT蛋白聚集就能夠在這些小鼠中觀察到。

當(dāng)設(shè)計(jì)基因編輯實(shí)驗(yàn)時(shí)，這些研究人員篩選出靶向兩個(gè)nHTT基因拷貝的向?qū)NA（gRNA）序列和靶向這個(gè)致病性mHTT基因拷貝的gRNA序列。與針對亨丁頓舞蹈癥設(shè)計(jì)的其他基因編輯方法不同的是，這種“非等位基因特異性的（non-allele specific）”方法不需要依據(jù)病人的基因組進(jìn)行定制。

這些研究人員之前已證實(shí)4個(gè)月以上大的小鼠并不需要nHTT基因來保持健康，這提示著在成年人中采用旨在關(guān)閉這個(gè)基因兩個(gè)拷貝的治療策略可能是安全的。

為了讓CRISPR/Cas9進(jìn)入腦細(xì)胞，這些研究人員利用了一種廣泛使用的基于腺相關(guān)病毒（AAV）的基因治療載體。他們將攜帶CRISPR/Cas9的AAV病毒載體注射到9個(gè)月大的亨丁頓舞蹈癥模式小鼠的大腦紋狀體區(qū)域中。紋狀體是大腦中一個(gè)控制身體運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域。

在三周后，這導(dǎo)致紋狀體中的mHTT蛋白聚集“顯著下降”。這項(xiàng)研究揭示出通過移除這種毒性蛋白的遺傳來源，腦細(xì)胞能夠自我愈合。

通過與對照亨丁頓舞蹈癥模式小鼠相比，接受CRISPR/Cas9注射的小鼠在運(yùn)動(dòng)控制、平衡和握力測試中取得顯著改善，不過它們并沒有恢復(fù)到健康小鼠中的水平。

在解決了基因安全問題之后，這些研究人員證實(shí)在腦細(xì)胞中，CRISPR/Cas9觸發(fā)的移碼突變主要發(fā)生在mHTT基因內(nèi)，而不是發(fā)生在其他的潛在脫靶基因中。

Li說，然而，將AAV注射到大腦中表達(dá)CRISPR/Cas9的效果和安全性仍然還需接受嚴(yán)格地測試，隨后才有可能將這種方法應(yīng)用于病人中