澳门新葡新京研究发现CRISPR-Cas9基因编辑能够延长ALS小鼠模型的存活

使携带致病基因小鼠的发病时间推迟、寿命延长,但是他的思维却在宇宙中驰骋,这些研究人员以ALS小鼠模型中为研究对象

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澳门新葡新京,12月27日,美国研究人员日前宣布,他们用基因剪刀成功剪掉了小鼠运动神经元中的肌萎缩侧索硬化症致病基因,使携带致病基因小鼠的发病时间推迟、寿命延长,为治疗这种神经退行性疾病带来新希望。

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摘 要:
肌萎缩性脊髓侧索硬化症又称路格里克氏病或者渐冻人症,是一种致命性的神经退行性疾病。ALS影响了大约2万名美国人,其特征在
肌萎缩性脊髓侧索硬化症又称路格里克氏病或者渐冻人症,是一种致命性的神经退行性疾病。ALS影响了大约2万名美国人,其特征在于脑干和脊髓中运动神经元的过早死亡。
根据一项新的研究,CRISPR-Cas9基因编辑能够延长ALS小鼠模型的存活。
美国加州大学伯克利分校化学与生物分子工程教授David
Schaffer在和他的同事猜测ALS可能通过基因组编辑来加以治疗,这是因为这种疾病的某些形式是由编码超氧化物歧化酶1的基因发生显性突变引起的。
SOD1是一种有助保护细胞免受毒性自由基攻击的酶。
这些研究人员以ALS小鼠模型中为研究对象,利用一种病毒载体将一种能够穿过脊髓进入受影响的运动神经元细胞核的病毒载体,将一种旨在切割SOD1基因的Cas9蛋白的编码基因运送到这些小鼠中。
相比于未接受治疗的小鼠,这些接受过治疗的小鼠经历着总体的症状改善—疾病发作延迟37%和存活期增加了25%。它们比未接受治疗的小鼠多存活大约一个月的时间。
Schaffer的当前目标是设计一种经过高度修饰的腺相关病毒,它不仅靶向运动神经元,而且也靶向似乎伤害它们的其他细胞。
经过修饰的AAV已被用作治疗其他疾病的基因疗法的运送载体,这些疾病包括一种罕见的遗传性失明、杜兴氏肌营养不良症和亨廷顿舞蹈病。

先前研究发现,一些渐冻症具有遗传性,而大约20%的遗传性渐冻症是一种名为SOD1的基因发生突变所致。美国加利福尼亚大学伯克利分校研究人员在美国《科学进展》杂志上报告说,他们使用CRISPR-Cas9基因编辑技术,以携带SOD1基因突变的小鼠为研究对象,借助一种病毒向小鼠脊髓中的运动神经元细胞核运送可编码Cas9蛋白质的基因,该基因表达出的Cas9蛋白质可作为分子剪刀,剪掉突变的SOD1基因。

2018年3月14日,当代最知名和最伟大的物理学家之一,斯蒂芬·霍金,不幸逝世,享年76岁。霍金先生最令人敬佩的地方在于虽然身体被禁锢在轮椅上,但是他的思维却在宇宙中驰骋,并为科学界做出杰出贡献。由他撰写的《时间简史》、《果壳中的宇宙》等科普书籍畅销无数,使大众深入浅出地了解宇宙奥秘。

实验结果显示,在携带致病基因的小鼠中,接受基因疗法小鼠的发病时间延迟了将近5周,比未接受基因疗法的小鼠多活了1个月左右。

而将霍金禁锢在轮椅上的罪魁祸首,就是——渐冻症

研究人员说,目前这种治疗并不能让渐冻症小鼠恢复健康,但相信随着技术不断完善,这种基因疗法将来有望用于治疗人类渐冻症,延长患者寿命。

渐冻症,又称肌萎缩侧索硬化,是累及上/下运动神经元及其支配的躯干、四肢和头面部肌肉的,一种慢性、进行性变性疾病,常表现为上/下运动神经元合并受损所致的进行性加重的肌无力、肌萎缩和肌束颤动等。ALS是最常见的一种运动神经元病,大多数为散发,少数为家族性,发病年龄大多为30-60岁之间,男性多于女性。ALS目前无特异性治疗药物,治疗主要为改善患者生活质量从而延缓病情发展。

渐冻症是一种渐进性、神经退行性疾病,著名物理学家霍金就患此病。该病影响大脑和脊髓中的运动神经元,造成运动神经元死亡,令大脑无法控制肌肉运动,肌肉也会因缺乏运动而萎缩。该疾病尚无有效疗法,患者在疾病晚期会完全失去行动能力,最终可能因无法呼吸而死亡。

近年来,有研究表明家族性ALS是由SOD1基因突变造成的,因而病毒介导的shRNA基因沉默是治疗遗传性神经退行性疾病的一种十分有前景的方法。

近日,国际顶级学术期刊Nature子刊——Nature
Medicine
杂志发表了加州大学圣地亚哥分校的一篇题为:Spinal subpial
delivery of AAV9 enables widespread gene silencing and blocks motoneuron
degeneration in ALS的研究论文。

该研究表明,在颈部和腰部脊髓一次性注射AAV9型病毒沉默SOD1基因可有效预防或阻止运动神经元退化,从而预防或治疗渐冻症

在本研究中,研究人员通过脊髓下注射技术,在成年动物上成功地将腺相关病毒递送到颈部、胸部和腰部脊髓以及大脑运动中枢。

研究人员构建了家族性ALS小鼠模型,在小鼠发病前一次性注射AAV9-shRNA-SOD1进行治疗,小鼠几乎完全保存脊髓α-运动神经元和肌肉神经支配。而对于发病后的小鼠模型进行一次性注射治疗,则有力地阻止了疾病的进展和进一步的α-运动神经元变性。

因此,本研究设计了一种新型装置在成年猪或非人类灵长类动物体内注射一次AAV9,便可在整个颈部脊髓和大脑运动中枢内产生均匀的输送,证实成年动物的脊髓下注射对于AAV介导的贯穿脊髓和大脑运动中枢的基因传递是非常有效的。

体内基因沉默技术可以针对致病的体细胞突变,开辟了一个实验和临床基因治疗的新领域。如果能将沉默载体(如基于AVV9的沉默载体)有效地传递到靶细胞群中,将有望产生持久的治疗效果。ALS等影响中枢神经系统的遗传疾病是采用体内基因沉默技术作为潜在治疗方法的重要目标。

目前,引起渐冻症的SOD1基因突变的表达沉默已经被广泛研究,是主要的临床治疗靶点。SOD1基因在脊髓α运动神经元和中间神经元中普遍表达,SOD1基因突变的表达沉默导致广泛性的运动神经元功能下降等病变。

这些研究结果表明,一个高效的基于基因沉默载体的疗法需要靶向神经系统内多种细胞类型,包括下行/上行脊髓轴突、α运动神经元、中间神经元和神经胶质细胞等。此外,由于大多数家族性ALS患者为成年人,因此,基于沉默载体的治疗能在临床应用的关键要求是该基因沉默载体能在成年人的神经轴内有效传递。

目前,在临床前和临床研究中,正在测试几种不同的分子策略旨在减少SOD1突变蛋白的合成,包括:miRNAshRNA反义寡聚核苷酸。三者在可行性、有效性或安全性方面存在缺陷。

为了解决这些限制,研究者发明了一种新型基因沉默载体传递技术——SP技术。他们成功在在成年小鼠、猪和非人类灵长类动物中证明,SP-AAV9注射可对脊髓和大脑运动中枢的大多数或所有细胞产生均匀的传递。研究团队

证明在发病前或发病后ALS成年小鼠模型中,在颈部和腰部脊髓一次性注射AAV9-shRNA-SOD1基因沉默载体,可以有效预防或阻止运动神经元的退化,从而预防或治疗ALS

渐冻症是一类多在成年人中病发的神经退行性疾病,常以手部肌无力、萎缩为首发症状,一般从一侧开始以后再波及对侧,随着病程发展出现上、下运动神经元混合损害症状。渐冻症具体病因尚不明确,遗传、毒性物质、自身免疫和病毒感染等都可能造成渐冻症的发生。并且,渐冻症目前无有效的特异性治疗方法,患者预后极其恶劣,对社会和家庭造成极大的负担。

本研究发明了一种新型基因沉默载体递送技术,并有望通过AAV9-shRNA-SOD1基因沉默载体治疗家族遗传性渐冻症,为广大渐冻症患者带来福音。

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