CRISPR/Cas9基因編輯技術有望治療亨廷頓舞蹈癥

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

亨丁頓舞蹈癥（Huntington's disease, HD）是一種遺傳性神經退行性疾病。破壞腦細胞中的一種有問題的基因能夠逆轉亨丁頓舞蹈癥病理和運動癥狀。 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）的毒性蛋白的基因導致的。mHTT蛋白在腦細胞中形成聚集物，從而導致腦細胞死亡。它的癥狀通常在中年時出現，包括不受控制的運動、平衡問題、情緒波動和認知下降。

在一項新的研究中，來自美國埃默里大學醫學院、中國和暨南大學的研究人員在在9個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送的CRISPR/Cas9切除它們的腦細胞中的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，這些小鼠的運動能力得到改善，不過沒有恢復到健康小鼠的水平。相關研究結果于2017年6月19日發表在Journal of Clinical Investigation期刊上，論文標題為“CRISPR/Cas9-mediated gene editing ameliorates neurotoxicity in mouse model of Huntington’s disease”。

論文通信作者、埃默里大學醫學院人類遺傳學教授Xiao-Jiang Li博士說，盡管還需開展安全性和效果測試，但是這些發現為治療亨丁頓舞蹈癥和其他的遺傳性神經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退行性疾病。這是因為還有幾個問題需要加以解決，比如有效地將DNA運送到腦細胞中、安全地對腦細胞中的DNA進行調整等等。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開展過類似的實驗。 

在當前的這項研究中使用的亨丁頓舞蹈癥模式小鼠具有一個人mHTT基因，用于替換其體內一個正常的亨廷頓蛋白編碼基因（normal huntingtin, nHTT）拷貝。在大約9個月大的時候，運動問題和mHTT蛋白聚集就能夠在這些小鼠中觀察到。

當設計基因編輯實驗時，這些研究人員篩選出靶向兩個nHTT基因拷貝的向導RNA（gRNA）序列和靶向這個致病性mHTT基因拷貝的gRNA序列。與針對亨丁頓舞蹈癥設計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）”方法不需要依據病人的基因組進行定制。

這些研究人員之前已證實4個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閉這個基因兩個拷貝的治療策略可能是安全的。

為了讓CRISPR/Cas9進入腦細胞，這些研究人員利用了一種廣泛使用的基于腺相關病毒（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個月大的亨丁頓舞蹈癥模式小鼠的大腦紋狀體區域中。紋狀體是大腦中一個控制身體運動和運動功能的區域。

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

通過與對照亨丁頓舞蹈癥模式小鼠相比，接受CRISPR/Cas9注射的小鼠在運動控制、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，這些研究人員證實在腦細胞中，CRISPR/Cas9觸發的移碼突變主要發生在mHTT基因內，而不是發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CRISPR/Cas9的效果和安全性仍然還需接受嚴格地測試，隨后才有可能將這種方法應用于病人中