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用CRISPR治疗儿童肌肉萎缩症

作者:Jon Cohen来源:Nature

杜兴氏肌肉营养不良症(Duchenne Muscular Dystrophy ,DMD),是一种遗传性肌肉萎缩病。

抗肌萎缩蛋白基因(Dystrophin gene)存在于 X 性染色体中(Xp21),因此它是透过性连锁式隐性遗传型态传播的。

若女性的一对x性染色体中其一个携有异变的Dystrophin 基因,她便成为一个 DMD 的携带者,她的儿子有二分一的机会成为病患者,她的女儿则有二分一机会成为 DMD 基因携带者。

以毒攻毒,研究人员利用狗,通过进一步破坏DNA的方式,修复了导致DMD的基因缺陷。

这种不寻常的方法,使用基因组编辑工具CRISPR,让突变基因再次形成关键肌肉蛋白质。

这项首次在大型动物身上取得的成就使人们看到希望。这种基因手术将来有一天可以预防或治疗这种致残和致命的人类疾病。

这项研究只对四只狗进行了不到2个月的监测;在人类试验开始之前,必须做更多的动物实验来证明它的安全性和有效性。

这项研究由美国UT大学的生物科学家 Eric Olson主导。之前他们在小鼠身上也获得类似的成功。

“结果令人激动和惊讶!”CRISPR迅速恢复了关键身体肌肉(包括心脏)中的抗肌萎缩蛋白。

抗肌萎缩蛋白基因是人体最大的基因,它含有79个独立的编码区或外显子,它们共同作用产生一种含有3500个氨基酸的蛋白质。

大量的DNA为导致DMD的突变提供了许多机会。但是只需要一个功能拷贝的基因,因为它位于X染色体上,女孩有一个备份拷贝。

抗肌萎缩蛋白基因存在于 X 性染色体中,男性只有一个x性染色体,因此病患者大多为男性;男孩中,当一个拷贝无能的时候,会出现行走问题,平均在20多岁时死于心脏和呼吸衰竭。

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抗肌萎缩蛋白(绿色)在正常的狗肌肉细胞(图左)中含量丰富,在患有肌营养不良的小狗中(图中)几乎不存在,在经CRISPR治疗的患病小狗中(图右)部分恢复。

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”,并向读取基因指令的细胞发出指令,从而停止抗肌萎缩蛋白的生产。

2009年,伦敦皇家兽医学院的Richard Piercy领导的一个研究小组发现了一只有DMD征兆的西班牙猎狗,他们后来用猎犬繁殖形成了DMD症状的群体。

Olson和Piercy的小组一起设计了CRISPR的分子剪刀,用来在患病小猎犬51号外显子开始时剪断。

研究小组希望,当细胞试图修复该切片时,它会意外地将错误引入外显子51,导致其蛋白质制造机制完全跳过外显子,并产生一种缩短但仍然具有功能的抗肌萎缩蛋白。

改变动物中几十亿个肌肉细胞是一个挑战。

因此,团队引进一个助手:无害的腺相关病毒,优先感染骨骼肌和心脏组织。

两只1个月大的狗接受肌内注射的病毒,病毒设计携带CRISPR的分子部件。

六周后,这些肌肉又产生抗肌萎缩蛋白。

根据这些结果,研究人员给另外两只同样一个月大的狗静脉注射,看看携带CRISPR的病毒是否能够将基因组编辑器添加到全身的肌肉中。

Olson说,到8周时,抗肌萎缩蛋白在几块肌肉中的含量上升到相对较高的水平,在膈肌中达到正常值的58%,在心脏中达到92%。

但是,由于这些狗被安乐死,奥尔森没有证据表明它们已经避免了DMD症状,除了一段治疗过的狗正常走路和跳跃的戏剧性视频。

“还有很多问题需要解决,”Olson实验室的的基因编辑主任Leonela Amoasii说。

骨骼肌在不断地被替换,因此治疗必须到达其干细胞,以避免需要重复注射。

需要更长的研究来确保CRISPR治疗不会引起癌症突变。

即使它能安全地恢复制造抗肌萎缩蛋白的能力,这种治疗可能只会帮助那些在生命早期接受抗肌萎缩蛋白的男孩,因为肌肉损伤是不可逆的。


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参考文献

Gene editing of dogs offers hope for treating human muscular dystrophy

Jon Cohen


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