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基因组编辑技术CRISPR/Cas9的重大发现

每年,全世界至少有300万人死于心源性猝死(sudden cardiac death,也称心脏性猝死)。在美国,这个数字高达45万人。虽然心源性猝死在老年人中更为常见,但是年轻人也受到很大影响。在1~40岁的年龄组中,每年每10万人中就有9人受到影响。在这个年龄组中,遗传性心脏病,包括遗传性心律失常,导致相当大一部分的心源性猝死。

在一项新的研究中,美国贝勒医学院的Xander Wehrens博士及其同事们研究了心脏病,包括遗传性心律失常。除了经常与心源性猝死的高发病率相关之外,这些疾病是很难治疗的。相关研究结果近期发表在Circulation Research期刊上,论文标题为“In Vivo Ryr 2 Editing Corrects Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia”。

图片来自Circulation Research, doi:10.1161/CIRCRESAHA.118.313369。

Wehrens说,“对这项特殊的研究而言,我们的灵感来自一名患上一种称为儿茶酚胺性多形性室性心动过速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia, CPVT)的遗传性心律失常的年轻患者。我们的这名患者有反复发作的心律失常---心跳过快或不规则---以及昏厥发作。这名患者的几名家庭成员已将近出现致命性的心律失常或心源性猝死。当前的治疗选择包括抗心律失常药物和植入式除颤器---一种校正某些不规则心跳的装置---对这名患者来说并不是最佳选择。”

遗传学研究已表明年轻患者心律失常的原因是基因RYR2发生突变。这种基因发生的突变占将近60%的CPVT病例。这种基因编码的蛋白形成一种调节心肌细胞中钙离子流动的通道。心肌细胞需要适当的钙离子流动,从而能够以一种协调的方式进行收缩和舒张。

产生缺陷性的RYR2蛋白的基因突变导致缺陷性的钙离子通道,从而促进不受控制的钙离子泄漏。在运动或情绪压力期间,携带着缺陷性RYR2蛋白的心脏不能够正常地调节钙离子流动,这可导致危及生命的心律失常。

为CPVT设计永久性治疗

Wehrens与贝勒医学院分子生理学与凤凰娱乐物理学副教授William Lagor博士合作。Lagor是使用腺相关病毒(AAV)载体的基因治疗专家。这类病毒可用于将编码CRISPR/Cas9的好凤凰娱乐平台直接运送到心脏中。这个合作项目的长期目标是通过编辑患者自身的好凤凰娱乐平台来开发出永久性治疗CPVT的方法。

Wehrens和Lagor设计了AAV载体,将CRISPR/Cas9(AAV-CRISPR)运送到活体动物的心脏中。他们推断清除RYR2基因的致病性拷贝(携带着R176Q突变),能够校正小鼠所患的这种致命性的心律失常。为了测试这种新方法,AAV-CRISPR被用来选择性地破坏R176Q CPVT小鼠模型中的RYR2突变基因。

在出生10天后,携带R176Q突变的小鼠和正常小鼠接受单次注射AAV-CRISPR或安慰剂治疗。五到六周后,这些研究人员对这些小鼠进行了评估,结果非常令人鼓舞。

携带致病性R176Q突变且接受AAV-CRISPR治疗的小鼠均未发生心律失常。相比之下,71%的携带着这种突变且接受安慰剂治疗的小鼠确实发生了心律失常。利用AAV-CRISPR对RYR2基因的缺陷性拷贝进行编辑会极大地降低存在功能障碍的RYR2蛋白的丰度。此外,仍然存在的RYR2基因的单个健康拷贝足以支持适当的心脏功能。在正常或携带这种突变的小鼠组中未观察到与治疗相关的不良事件。

Wehrens说,“我们特别兴奋的是,我们能够选择性地破坏致病性的R176Q突变基因,而不会对基因组中的健康基因变体产生不利影响。我们如今正在对来自患有这种相同疾病的患者的干细胞中测试这种相同的方法,以便分析它在人细胞中的有效性和安全性。在未来,我们可能能够利用这种方法治疗心律失常综合征患者”。

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