利用CRISPR技術有望治療脊髓性肌萎縮症患者

2020年3月25日，Cell Research雜誌發表題為“Base editing-mediated splicing correction therapy for spinal muscular atrophy”的研究論文，該研究證實通過新一代單鹼基編輯技術能夠高效修復SMN2基因的異常剪接、重啟SMA患者SMN全長蛋白表達，有望成為SMA的基因治療手段。福建醫科大學附屬第一醫院神經內科主任醫師陳萬金，中科院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員

值得一提的是，2020年1月，陳萬金/楊輝/施霖宇合作在National Science Review雜誌發表研究論文，發現利用CRISPR/Cas9介導的非同源末端連接技術破壞SMN2基因7號內含子的的剪接沉默子後，可改變SMN2基因的剪接模式、顯著提高SMN全長蛋白的表達水平，在SMA誘導多能性幹細胞（iPSCs）和SMA小鼠（Smn-/-, SMN2TG/0）受精卵水平成功實現治療。

而此次新發表的研究用單鹼基編輯系統替代了之前傳統的基於雙鏈斷裂的基因編輯系統，有望成為一個更為安全可靠的基因治療策略。本研究首先採用TadA-TadA*-SaCas9n-KKH單鹼基編輯器對SMA iPSCs的SMN2基因7號外顯子剪接沉默子（ESS）進行編輯，發現成功編輯後的iPSCs SMN全長蛋白表達水平顯著增高，其分化來源的運動神經元的功能性SMN全長蛋白顆粒增多；基於此，研究團隊進一步通過顯微注射獲得了SMA基因編輯小鼠SC-SMAT5C（攜帶7號外顯子第5個鹼基編輯T→C），發現小鼠壽命可顯著延長超過400天（未經編輯治療的SMA小鼠壽命不超過14天）且可正常發育繁殖，證實了單鹼基編輯系統對SMA治療的有效性和安全性。

圖1. ABE系統實現SMA幹細胞及小鼠的治療

為降低脫靶效應，研究團隊進一步採用三種高保真性的腺苷酸脫氨酶單鹼基編輯系統（TadAF148A-TadA*F148A-ABEmax; TadA*-ABEmax; TadA*V82G-ABEmax）分別在三種細胞系（HEK293T; SMA鼠胚胎幹細胞; SMAiPSCs）對7號外顯子ESS進行綜合篩選，成功獲得特異、高效編輯位點A36G（絲氨酸→絲氨酸），使得7號外顯子的剪接沉默子ESS-B轉換成剪接增強子，從而使得SMN全長蛋白表達水平顯著提高。最後，研究團隊採用電穿孔法分別在SMA iPSC分化來源的運動神經元和P0 SMN-△7小鼠的皮層神經元進行TadA*-ABEmax質粒轉染，單細胞高通量測序顯示A36G位點的成功編輯；首次證實了單鹼基編輯器對運動神經系統的有效性，為本病將來的臨床基因治療提供了理論依據。

圖2. 高保真性ABE系統實現SMA神經元的高效編輯

總的來說，不同於ASO藥物治療，該合作課題組共同開發建立了一種“一勞永逸”的單鹼基編輯基因治療SMA的策略，為將來SMA的臨床治療提供了新思路。

據悉，福建醫科大學附屬第一醫院的林翔、陳海珠、陸瑛倩、洪舜彥和中科院腦科學與智能技術卓越創新中心胡新德為Cell Research論文共同第一作者；此外，福建醫科大學附屬第一醫院的李錦晶、林翔、陸瑛倩和中科院腦科學與智能技術卓越創新中心唐騁

福建醫科大學附屬第一醫院神經內科主任醫師陳萬金，國家自然基金優秀青年基金獲得者、百千萬人才工程國家級人選，長期致力於神經遺傳病的臨床及基礎研究，先後發現了原發性家族性腦鈣化症(PFBC)常染色體隱性致病基因MYORG (Neuron 2018, 最後通訊作者)、遺傳性痙攣性截癱(HSP)新致病基因UBAP1(Brain 2019,通訊作者)以及發作性運動誘發性運動障礙(PKD)首個致病基因PRRT2(Nature genetics2011,第一作者)。此外，近20年來一直致力於脊髓性肌萎縮症(SMA)的規範診治，自2015年開始，即與中科院腦科學與智能技術卓越創新中心楊輝研究員合作，探索SMA新的治療手段。此次成果的發表，也標誌著中國研究者在SMA治療領域已開始有所作為。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0304-y；

https://academic.oup.com/nsr/article/7/1/92/5559252

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