出生時攜帶缺陷的母親UBE3A基因的嬰兒會患上一種名為“快樂木偶綜合征”（Angelman syndrome）的罕見病--其是一種目前無法治愈且治療非常有限的嚴(yán)重神經(jīng)發(fā)育障礙。

近日，一項刊登在國際雜志Nature上題為“Cas9 gene therapy for Angelman syndrome traps Ube3a-ATS long non-coding RNA”的研究報告中，來自北卡羅來納大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究表示，利用基因編輯和基因療法等技術(shù)或有望恢復(fù)人類神經(jīng)元培養(yǎng)物中UBE3A基因的功能，并能有效治療Angelman綜合征模型的缺陷。相關(guān)研究結(jié)果或為后期科學(xué)家們治療Angelman綜合征提供了重要基礎(chǔ)，同時也為治療其它單基因障礙開辟了道路。

本文研究中，揭示了如何利用CRISPR-Cas9基因療法來治療與Angelman綜合征相關(guān)的多種疾病癥狀。Angelman綜合征是由編碼泛素蛋白連接酶E3A（UBE3A）的母源性基因拷貝的突變或剔除所引起的，父源性的UBE3A基因拷貝通常在后代機體神經(jīng)元中處于沉默狀態(tài)，因此母源性的UBE3A基因拷貝的缺失會導(dǎo)致大腦中大部分區(qū)域失去UBE3A酶類的功能。

這一點非常關(guān)鍵，因為該酶能靶向作用蛋白進(jìn)行降解，而靶向作用蛋白降解的過程對于維持大腦細(xì)胞的正常功能至關(guān)重要。當(dāng)該過程出錯時就會誘發(fā)Angelman綜合征，這是一種腦部疾病，其癥狀包括嚴(yán)重的智力和發(fā)育障礙、癲癇發(fā)作、以及患者會出現(xiàn)語言、平衡、運動和睡眠等多種問題。

圖片來源：Zylka Lab (UNC Neuroscience Center)

開啟父源性UBE3A基因的表達(dá)或許是一種非常有吸引力的治療策略，因為其能逆轉(zhuǎn)疾病背后的潛在分子缺陷，然而父源性的基因會被一條長鏈RNA所沉默，這條長鏈RNA會通過UBE3A基因的反義方向產(chǎn)生，并阻斷父源性UBE3A基因編碼酶類的產(chǎn)生。隨后研究人員設(shè)計了一種方法，利用CRISPR-Cas9技術(shù)通過干擾反義RNA的功能，從而將UBE3A酶類的功能恢復(fù)到正常水平。

在這項研究中，研究人員描述了如何利用腺相關(guān)病毒（AAV）基因療法將Cas9蛋白運輸?shù)紸ngelman綜合征胚胎小鼠模型的大腦中，因為UBE3A基因?qū)τ谡４竽X的發(fā)育非常重要，因此早期的治療就顯得尤為重要了。

研究人員發(fā)現(xiàn)，胚胎和產(chǎn)后的早期治療能夠挽救機體和行為表型，而這些表型模擬了Angelman綜合征患者機體中所出現(xiàn)的核心缺陷。值得注意的是，給新生兒一次性注射AAV就能夠使其機體中父源性的UBE3A基因持續(xù)表達(dá)17個月，研究數(shù)據(jù)表明這種效應(yīng)或許是永久性的。此外研究者還證明，這種方法在培養(yǎng)的人類神經(jīng)元中被證實是有效的。研究人員對研究結(jié)果表示非常震驚，因為此前關(guān)于Angelman綜合征的其它治療手段并沒有持續(xù)這么久，也不可能治療這么多疾病癥狀。

研究者Wolter表示，早期治療的結(jié)果是非常有希望的，由于目前我們只了解到在小鼠中能減輕Angelman綜合征，而后期研究人員還將繼續(xù)完善療法開發(fā)出適合在人類機體中進(jìn)行治療的手段。在將這項研究轉(zhuǎn)化到臨床應(yīng)用的同時，研究人員還通力合作來確定攜帶誘發(fā)Angelman綜合征的突變的嬰兒所出現(xiàn)的疾病癥狀。目前研究人員正在利用成像和行為觀察手段來識別Angelman綜合征患兒相關(guān)的疾病表現(xiàn)，這些行為存在喂養(yǎng)困難和肌肉張力的表現(xiàn)，但迄今為止研究人員并未對這些癥狀與其它早期癥狀進(jìn)行嚴(yán)格描述過。

研究人員想利用遺傳檢測手段來識別存在Angelman綜合征風(fēng)險的新生兒，從而在產(chǎn)前或新生兒剛出生后進(jìn)行治療，并將這些早期癥狀作為終點。研究者認(rèn)為，產(chǎn)前的治療或能有效防止Angelman綜合征在新生兒機體中的全面發(fā)生。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，基因療法載體能通過整合到被CRISPR-Cas9所切割的基因組位點中來阻斷反義RNA的功能，這種所謂的“基因陷阱”或許能用來干擾其它長鏈非編碼RNAs和基因的表達(dá)。

最后研究者Zylka補充道，我們有信心將這項研究工作繼續(xù)向前推進(jìn)，并希望未來有一天能幫助治療Angelman綜合征患者。

參考資料：

【1】Wolter， J.M.， Mao， H.， Fragola， G. et al. Cas9 gene therapy for Angelman syndrome traps Ube3a-ATS long non-coding RNA. Nature (2020). doi：10.1038/s41586-020-2835-2

【2】Scientists take major step toward Angelman Syndrome gene therapy

by University of North Carolina Health Care