基因碱基编辑精准有效地治疗成年小鼠的杜氏肌营养不良症

杜氏肌营养不良症（DMD）是由肌营养不良蛋白（dystrophin）缺失或减少引起的全身肌肉渐进性损伤、运动功能和心脏功能减退的致死性基因遗传病，其在世界范围内的发病率约为1/5000。目前关于DMD的治疗方案还非常有限，主要是两类：一是抗炎（例如Emflaza），二是反义寡聚核苷酸类药物诱导外显子跳跃（例如 Exondys 51、Vyondys 53、Viltepso、Amondys 45）。近日，俄亥俄州立大学的韩仁志团队利用基于CRISPR技术的腺嘌呤碱基编辑器在成年小鼠中实现了高效精准修复DMD基因突变，从而恢复dystrophin蛋白质的表达并改善模型小鼠的症状。相较于已有的治疗方法，碱基编辑治疗的最大优势是一次性注射可以永久性地修复突变基因。

自从2013年CRISPR-Cas9技术被证明可以用于基因组编辑以来，基因编辑治疗就持续受到了广泛和高度的关注，国内外制药公司纷纷布局相关技术和产品的研发。在2016年，哈佛大学刘如谦团队通过把Cas9核酸切割酶与碱基脱胺酶融合，得到了两种全新的基因编辑器—碱基编辑器，分别是胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE），这些碱基编辑器能够直接和精准地把突变的碱基插入到染色体DNA而无需切割双链DNA。

以前的研究显示通过CRISRPR介导的外显子剔除可以在细胞和动物水平恢复dystrophin的表达和功能，但是这种策略可能导致潜在的安全风险，因为Cas9引起的双链断裂可能导致大的基因组删除甚至染色体重排。而碱基编辑器可以在不引起DNA双链切割的情况下校正突变基因就显得很有治疗前景。相对于胞嘧啶碱基编辑器，腺嘌呤碱基编辑器在植物和动物胚胎中都显示了相当高的保真性，这使ABE系统在发展成治疗方法又具有更高的吸引力。

俄亥俄州立大学韩仁志教授领导的团队对腺嘌呤碱基编辑器进行了进一步改造，并且把它们包装到AAV9病毒里，通过尾静脉注射到杜氏综合症小鼠中以实现DMD基因的修复。在AAV9病毒注射10个月后，杜氏肌营养不良症小鼠的心脏肌细胞超过95% 恢复了dystrophin 表达，在骨骼肌中的表达也达到15%左右。功能分析表明ABE治疗显著降低了突变小鼠的心肌纤维化，增强了肌肉的收缩功能，并且没有导致明显的毒副作用，基因组脱靶现象也不显著，这表明此方法是安全有效的。此研究为基因碱基编辑用于治疗杜氏肌营养不良症提供了重要的临床前指导。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，俄亥俄州立大学博士后徐莉和张辰为文章的共同第一作者，实验设计和指导是韩仁志教授。

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Efficient precise in vivo base editing in adult dystrophic mice

Li Xu, Chen Zhang, Haiwen Li, Peipei Wang, Yandi Gao, Nahush A. Mokadam, Jianjie Ma, W. David Arnold & Renzhi Han 

Nat. Commun., 2021, 12, 3719, DOI: 10.1038/s41467-021-23996-y

韩仁志教授简介

韩仁志，俄亥俄州立大学外科系教授。1998年本科毕业于北京大学生命科学学院，2003年获得西澳大利亚大学博士学位，2003年至2009年在美国霍华德休斯医学研究所做博士后研究，2009年起先后任职于美国Loyola大学医学院助理教授，美国俄亥俄州立大学终身副教授及正教授。 

主要研究领域是肌肉遗传病和心脏病发病机制以及精准转化医学。在相关领域发表SCI论文50余篇，包括以第一作者和通讯作者发表的 Nat. Commun., Circ. Res., JCI, PNAS 等。两项发明专利审批中。其研究获得美国国立健康研究所，美国心脏学会，美国肌营养不良症学会，PPMD等经费资助。