西湖大学常兴课题组|首次报道TAM碱基编辑器高效治疗DMD疾病

杜氏肌营养不良症(DMD),是由位于X染色体中编码肌营养不良蛋白(dystrophin)的基因突变引起,男性只有一个X性染色体,因此病患者大多为男性。据相关组织统计,其发病率约1/3800~1/6000活产男婴,是肌营养不良中发病率最高、病情最为严重的一型。
2014年国际United Parent Project Muscular Dystrophy(肌营养不良家长联盟)组织首次将每年的9月7日定为DMD世界知晓日。旨在让更多人知道杜氏肌营养不良,让更多人了解DMD患者的真实生活。力求广泛传播患者群体声音,提高大众知晓率,推进治疗药物的研究加速。
目前,DMD疗法有类固醇和其他小分子药物、终止密码子通读、外显子跳跃疗法和基因置换疗法等,其中基因相关疗法是治疗DMD最有希望的方法之一。目前已上市的基因相关疗法整理如下:
2021年10月26日,新芽基因首席科学顾问、西湖大学常兴教授团队在Circulation期刊(IF:29.690)上发表了题为“Therapeutic Exon Skipping via a CRISPR-guided Cytidine Deaminase Rescues Dystrophic Cardiomyopathy In Vivo”的文章。

该研究首次使用Cas9技术在dystrophin基因外显子4引入4bp缺失突变从而构建了小鼠DmdE4*模型,并经心脏超声、micro CT、肌力测试和组织学等多种方法检测,该模型小鼠复现了人DMD患者的扩张性心肌病和心脏纤维化等一系列表型。随后,再将AAV9-sgRNA和优化后靶向dystrophin基因外显子4的AAV9-CRISPR/Cas9-AID(eTAM)通过腹腔注射方式递送到DmdE4*小鼠体内,2个月后,检测到心脏组织中Dystrophin蛋白表达恢复高达90%(图1),肌酸激酶(creatine kinase,CK)水平明显降低,且肌肉张力得到明显改善,心脏纤维化明显降低(图2)。本实验所用 AAV9-eTAM和AAV9-sgRNA(1.0×1013vg/ml)、AAV9-eGFP均由吉满生物(Genomeditech)包装提供。


图1  AAV-eTAM/sg治疗DmdE4*小鼠的心脏Dystrophin蛋白表达(2-month)

图2  AAV-eTAM/sg治疗DmdE4*小鼠的其他表型变化(2-month)

通过生物学分析发现,DmdE4*小鼠治疗后心脏中的Dystrophin在mRNA水平实现了明显的外显子跳跃(图 3)。

图3 DmdE4*小鼠治疗实现了mRNA外显子跳跃

通过免疫荧光染色,再次证实了eTAM治疗后DmdE4*小鼠心脏中Dystrophin的表达,并与维持心肌细胞膜稳定的Dystrophin相关蛋白质复合物(Dystrophin associated protein complex, DAPC)中另一个重要蛋白α-Sarcoglycan共定位在心肌细胞膜周围(图 4)。

图4 DmdE4*治疗小鼠 α-Sarcoglycan和Dystrophin共定位在心肌膜

在DmdE4*小鼠接受AAV-eTAM/sgRNA治疗的12个月后,心脏组织中仍然能观察到明显的Dystrophin蛋白表达,CK水平仍低于WT小鼠的水平,纤维化程度也处于低水平(图 5),表明该治疗有效延长了肌营养不良蛋白表达并改善了生理病理表现,为后续临床上长期稳定的治疗效果提供了理论基础。

以上研究结果表明,在新生的DmdE4*小鼠中,通过AAV9病毒载体递送eTAM可以有效地实现外显子跳跃,恢复肌营养不良蛋白表达,并预防DMD相关的心功能障碍和肌肉营养不良。同时,第4外显子跳跃后的大量表型回复表明,N端截断的Dystrophin蛋白具有完整的功能,因此,TAM介导的外显子跳跃策略可以扩展到更广泛的DMD患者治疗中应用。
本实验所用 AAV9-eTAM和AAV9-sgRNA(1.0×1013vg/ml)、AAV9-eGFP均由吉满生物(Genomeditech)提供。
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