原創(chuàng) 生物世界 生物世界 收錄于話題#CRISPR＆基因編輯82#罕見病12

撰文 | nagashi

編輯 | 王聰

排版 | 水成文

我們之所以可以通過(guò)合理的飲食和適當(dāng)?shù)腻憻拋?lái)達(dá)到增肌的目的，是因?yàn)榧∪飧杉?xì)胞能使我們的肌肉在一生中通過(guò)鍛煉而增強(qiáng)和再生。但如果某些肌肉基因發(fā)生突變，就會(huì)發(fā)生相反的情況，并因此患上肌肉萎縮癥。

肌肉萎縮癥是指不同病因引起肌肉纖維變細(xì)及肌肉體積減少，導(dǎo)致肌肉力量減退的疾病，臨床上常分為神經(jīng)源性和肌源性兩種類型?；加屑∪馕s癥的患者，骨骼肌在兒童時(shí)期就已經(jīng)開始變?nèi)?。突然之間，這些孩子不再能夠奔跑、彈鋼琴或爬樓梯，而且他們往往在幾歲時(shí)就需要依靠輪椅，并在成年前死亡。更遺憾的是，目前還沒有治療這種疾病的方法。

2021年4月13日，德國(guó)Max-Delbrück分子醫(yī)學(xué)中心的研究人員在 JCI Insight 期刊上發(fā)表題為：Base editing repairs an SGCA mutation in human primary muscle stem cells 的研究論文。

研究團(tuán)隊(duì)從一名10歲患者身上提取肌肉組織樣本并分離肌肉干細(xì)胞，然后在體外培養(yǎng)這些干細(xì)胞，并使用單堿基編輯（Base Editing）技術(shù)替換突變位點(diǎn)的堿基對(duì)。然后，研究人員將編輯過(guò)的肌肉干細(xì)胞注射到小鼠肌肉中，結(jié)果顯示這些編輯過(guò)的肌肉干細(xì)胞大多發(fā)育成肌肉纖維。這項(xiàng)研究可以稱得上是肌肉萎縮癥治療的一個(gè)里程碑！

單堿基編輯是CRISPR-Cas9基因編輯工具的一種高度復(fù)雜的全新應(yīng)用。在經(jīng)典的CRISPR-Cas9技術(shù)中，Cas9蛋白將靶標(biāo)DNA的兩條鏈都切斷，而用于單堿基編輯的Cas9僅僅是將靶標(biāo)DNA中的某個(gè)特定的堿基替換成其他的堿基。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，單堿基編輯工具的工作原理更像是鑷子而不是剪刀，因此它非常適合進(jìn)行基因的定點(diǎn)突變。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)系了一些孩子患有肌肉萎縮癥的家庭。在這些被研究的家庭中，父母都很健康，也不知道他們擁有變異的基因，但孩子都從父母雙方身上遺傳了一個(gè)基因突變，因此表現(xiàn)出肌肉萎縮癥。

實(shí)際上，肌肉萎縮癥是一類疾病的統(tǒng)稱，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約50種不同的肌肉萎縮癥，它們都有相似的表型，但由于是不同基因突變?cè)斐傻亩兴煌?/p>

肌肉萎縮癥患者原始肌肉干細(xì)胞的特征

在對(duì)所有患者進(jìn)行基因組分析后，研究人員選擇了一個(gè)典型的患者，這位患者的基因突變——肢帶型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥2-D/R3相對(duì)比較常見，而病情發(fā)展迅速，并且在DNA突變位點(diǎn)附近有一個(gè)適合的堿基編輯對(duì)接位點(diǎn)。

研究人員從這名10歲患者身上提取了肌肉組織樣本、分離肌肉干細(xì)胞，然后在體外培養(yǎng)、擴(kuò)增這些干細(xì)胞，并使用堿基編輯技術(shù)替換突變位點(diǎn)的堿基對(duì)，最后將這些編輯過(guò)的肌肉干細(xì)胞注射到小鼠的肌肉中。

研究人員觀察到，這些肌肉干細(xì)胞可以在小鼠肌肉中增殖，且大多發(fā)育成肌肉纖維。對(duì)于這項(xiàng)研究結(jié)果，該研究的通訊作者 Simone Spuler 教授興奮地表示：“有了這個(gè)，我們第一次證明用健康的肌肉細(xì)胞替代患病的肌肉細(xì)胞是可能的！”

堿基編輯器可糾正肌肉干細(xì)胞中的突變堿基對(duì)

更關(guān)鍵的是，單堿基編輯技術(shù)也是一種相對(duì)安全的方法，研究團(tuán)隊(duì)在經(jīng)過(guò)基因修復(fù)的肌肉干細(xì)胞中并未觀察到任何基因組非預(yù)期區(qū)域的錯(cuò)誤編輯，也就是沒有出現(xiàn)脫靶效應(yīng)。

堿基編輯器并未引起明顯的脫靶效應(yīng)

這項(xiàng)研究結(jié)果可以稱得上是肌肉萎縮癥治療的一個(gè)里程碑，但也只是第一步，仍需要進(jìn)一步測(cè)試才能應(yīng)用到人體治療上。

下一個(gè)里程碑將是找到一種直接將單堿基編輯系統(tǒng)注入患者體內(nèi)的方法：一旦進(jìn)入人體，單堿基編輯器就會(huì)起一段時(shí)間的作用，編輯肌肉干細(xì)胞，然后很快再次分解。

本研究的模式圖

研究團(tuán)隊(duì)希望盡快在小鼠模型上進(jìn)行第一次試驗(yàn)。如果也能起作用，將來(lái)就可以對(duì)新生兒進(jìn)行相應(yīng)的基因突變檢測(cè)，在需要編輯的細(xì)胞相對(duì)較少的時(shí)候就可以開始治療！

總而言之，這項(xiàng)研究提出了一種針對(duì)肌肉萎縮癥的里程碑式治療方法：研究人員使用基于CRISPR的單堿基編輯技術(shù)替換肌萎縮癥患者肌肉干細(xì)胞中突變位點(diǎn)的堿基對(duì)，并將其回輸?shù)叫∈篌w內(nèi)，這些編輯后的肌肉干細(xì)胞大多成功發(fā)育為肌肉纖維。。

這種治療方法意味著，與自體細(xì)胞治療不同，不是每個(gè)病人都需要單獨(dú)治療。對(duì)于每一種形式的肌肉治療，一個(gè)“工具”就足以在嚴(yán)重?fù)p傷發(fā)生之前治愈肌肉萎縮。

雖然，這里真正攻克肌肉萎縮癥還有很長(zhǎng)的路要走，但仍為原本不可戰(zhàn)勝的肌萎縮癥帶來(lái)新的曙光。

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