《Science》:狗的CRISPR为治疗人类肌肉萎缩症提供了希望

杜氏肌营养不良症(DMD)狗

伦敦皇家兽医学院的狗的种群有一种突变,导致类似杜氏肌营养不良症(DMD)的疾病

 

以毒攻毒,研究人员通过进一步破坏狗的DNA,修复了导致杜氏肌营养不良症(DMD)的基因故障。这种不寻常的方法是使用CRISPR,让一个突变的基因再次制造出关键的肌肉蛋白。这是首次在大型动物身上实现的功能,人们希望这种基因手术有朝一日能预防或治疗这种致命的人类疾病。据估计,目前世界上有30万男孩受到DMD的影响。

 

杜氏肌营养不良症(DMD)的基因故障

这项研究只对4只狗进行了不到2个月的监测;在人体试验开始之前,必须进行更多的动物实验来证明安全性和有效性。即便如此,加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna说:“我还是忍不住感到异常兴奋,这确实表明了该领域的发展方向,将基因编辑过的分子输送到需要它们的组织,并获得治疗效益。很明显,我们还没到那一步,但那就是梦想。”

 

这项研究发表在《Science》杂志上,由达拉斯德克萨斯大学西南医学中心的分子生物学家Eric Olson领导,他的团队早期在老鼠身上也有类似的结果。Olson说:“我们想把它用于最终测试,看看我们是否可以在大型动物身上做到这一点。” 令人惊叹的是CRISPR迅速恢复了包括心脏在内的关键身体肌肉中的肌营养不良蛋白。

 

然而,该研究几乎没有提供狗恢复肌肉功能的证据,而且,研究持续时间短,所研究的动物数量较少。有研究人员猜测这项研究是否急于吸引外界的投资。Olson去年在一家位于波士顿的公司启动了的开发潜在疗法的方案。

 

Olson表示,他的团队工作迅速,不是因为公司的野心,而是为了证明这个概念,然后再扩展到更长的、更彻底的狗实验,最终需要启动人体试验。他补充说,最初研究的少数动物反映了用狗做实验的灵敏性。“我们非常关注伦理问题,并尽了最大努力将我们对狗的使用控制在最低限度。”

 

肌营养不良蛋白基因是人体中最大的基因,包含79个独立的编码区域,或外显子,共同作用产生了含有3500个氨基酸的蛋白质。如此多的DNA为基因突变提供了很多机会,这些突变可能导致DMD。但这种基因只需要一个功能拷贝,因为它位于X染色体上,所以女孩们有一个备份拷贝。患有单拷贝缺陷的男孩在幼年时就出现了行走问题,平均在20多岁时死于心脏和呼吸衰竭。

 

肌营养不良蛋白狗情况对比

肌营养不良蛋白(绿色)在正常狗肌肉细胞(左)中很丰富,具有肌营养不良的猎犬中几乎不存在(中),在用CRISPR处理受影响的猎犬中部分恢复(右)。

 

大约13%患有DMD的男孩在外显子45和50之间的区域有突变,这会使外显子51“脱离框架”,并破坏了读取基因指令的细胞机制,从而阻止了肌营养不良蛋白的产生。2009年,由伦敦皇家兽医学院的Richard Piercy领导的研究小组发现了一只具有DMD信号的西班牙猎犬,它有一种自发的突变,可以删除外显子50,同样会使外显子51脱离框架。后来,他们用一种长期用于生物医学研究的小猎犬与这只狗培育了一群具有DMD症状的小猎犬。

 

与Piercy的团队一起,Olson和他的同事设计了CRISPR的分子剪刀,在患病的小猎犬的第51号外显子的起始部分进行切割。研究小组希望,当细胞试图修复切片时,它会无意中给51号外显子引入错误,导致其蛋白制造机制完全跳过外显子,产生一个缩短但仍有功能的肌营养不良蛋白。(一种新批准的用于DMD的药物,eteplirsen,也促进了这种外显子跳跃,但其功效仍然备受争议。)

 

另一个挑战是改变动物全身数十亿的肌肉细胞。因此,研究小组招募了一个助手:一种无害的腺相关病毒,它优先感染骨骼肌和心脏组织。两只1个月大的狗接受了病毒的肌肉注射,这种病毒被设计成携带CRISPR的分子成分。六周后,这些肌肉又开始分泌肌营养不良蛋白。这些结果促使研究人员对另外两只同样1个月大的狗进行了静脉注射,以观察携带CRISPR的病毒是否可以将基因组编辑器植入全身肌肉。Olson在会上说,到8周时,肌营养不良蛋白水平在几块肌肉中上升到相对较高的水平,达到正常水平的58%,心脏达到92%。但是由于这些狗都被安乐死了,Olson几乎不能证明他们已经避免了DMD的症状,只留下了一个戏剧性的视频,显示一条经过治疗的狗正常地行走和跳跃。

 

“有很多问题需要解决,”Leonela Amoasii承认,他在德克萨斯西南大学的Olson实验室工作,同时也是Exonics的基因编辑总监。骨骼肌正在不断被替换,因此治疗必须到达它的干细胞以避免重复注射。需要更长的研究来确保CRISPR治疗不会引入致癌突变。即使它安全地恢复了产生肌营养不良蛋白的能力,这种治疗可能只会帮助那些在生命早期接受治疗的男孩,因为肌肉损伤是不可逆转的。最终,治疗必须针对许多其他与DMD相关的突变,以帮助大多数患有这种疾病的男孩。

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