以自閉癥為代表的神經(jīng)發(fā)育性疾病正困擾著無(wú)數(shù)家庭，長(zhǎng)期以來(lái)“無(wú)藥可用”的困境讓患者家庭背負(fù)著沉重的身心與經(jīng)濟(jì)壓力。北京時(shí)間2月19日凌晨，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Nature》在線發(fā)表一項(xiàng)重磅成果，為這類疾病的基因治療帶來(lái)突破性進(jìn)展，這項(xiàng)研究通過(guò)構(gòu)建人源化的突變小鼠模型，驗(yàn)證了腦內(nèi)精準(zhǔn)基因編輯的可行性，同時(shí)研究進(jìn)一步證明該技術(shù)具備跨物種應(yīng)用的可行性，為后續(xù)臨床試驗(yàn)積累了充足的前期數(shù)據(jù)。

上述研究由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院發(fā)育行為兒童保健科及教育部-上海市環(huán)境與兒童健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授李斐、副研究員楊侃團(tuán)隊(duì)，與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院松江研究院仇子龍教授團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院研究員程田林團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李勁松院士團(tuán)隊(duì)通力合作完成。

發(fā)表的論文。本文圖片均為 研究團(tuán)隊(duì) 供圖

構(gòu)建小鼠模型，量身定制修復(fù)基因缺陷

此次研究聚焦的Snijders Blok–Campeau綜合征（SNIBCPS），是一種典型的神經(jīng)發(fā)育性疾病，其“罪魁禍?zhǔn)住币驯幻鞔_——CHD3基因的突變，這一基因的異常會(huì)導(dǎo)致兒童神經(jīng)發(fā)育發(fā)育障礙，患者出現(xiàn)自閉癥特征、全面發(fā)育遲緩、語(yǔ)言障礙、智力障礙及肌張力低下等一系列問(wèn)題，給患者成長(zhǎng)和家庭生活帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于病因復(fù)雜、靶向困難，該病始終缺乏針對(duì)性治療方法。

針對(duì)臨床中已明確的CHD3-R1025W熱點(diǎn)高頻突變，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了人源化的突變小鼠模型。這些小鼠完美復(fù)刻了患者的核心癥狀，出現(xiàn)了社交回避、重復(fù)刻板動(dòng)作、認(rèn)知遲鈍、發(fā)聲異常以及運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)等行為異常，為后續(xù)治療研究搭建了精準(zhǔn)的“疾病模擬平臺(tái)”。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建人源化的突變小鼠模型。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一款新型腺嘌呤堿基編輯器——TadA- embedded adenine base editor（TeABE），它就像一位專為修復(fù)該基因缺陷而生的“精密工匠”。與傳統(tǒng)基因編輯技術(shù)可能造成DNA雙鏈斷裂的“粗獷操作”不同，這款“工匠”能精準(zhǔn)識(shí)別并將突變的A·T堿基對(duì)修復(fù)為正常的G·C堿基對(duì)，整個(gè)過(guò)程如同在書(shū)頁(yè)上修正單個(gè)錯(cuò)字，不會(huì)破壞DNA的整體結(jié)構(gòu)，大幅降低了基因編輯過(guò)程中可能出現(xiàn)的基因組紊亂風(fēng)險(xiǎn)。

為了找到最優(yōu)質(zhì)的“修復(fù)方案”，研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞水平上對(duì)數(shù)十種引導(dǎo)RNA（sgRNA）與編輯器的組合進(jìn)行了篩選，最終鎖定了編輯效率最高、“誤改”風(fēng)險(xiǎn)（脫靶效應(yīng)）最低的組合。

在完成實(shí)驗(yàn)室篩選后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)尾靜脈注射的方式，將這款定制“基因編輯器”送入突變小鼠體內(nèi)。令人振奮的是，編輯器成功抵達(dá)小鼠多個(gè)腦區(qū)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的靶向修復(fù)，且?guī)缀鯖](méi)有對(duì)周圍正?；蛟斐捎绊?。

更關(guān)鍵的是，隨著CHD3蛋白水平顯著恢復(fù)，小鼠的行為異常也得到了直接地改善。在三箱社交實(shí)驗(yàn)中，原本回避同伴的小鼠開(kāi)始主動(dòng)與同類互動(dòng)；在新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)中，它們能清晰分辨新物體與熟悉物體，認(rèn)知缺陷得到緩解；在巴恩斯迷宮學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)中，其學(xué)習(xí)和記憶能力也恢復(fù)正常。同時(shí)，小鼠的運(yùn)動(dòng)能力也同步提升，肌張力增強(qiáng)，原本不協(xié)調(diào)的步態(tài)變得穩(wěn)健。

跨物種應(yīng)用具備可行性，臨床應(yīng)用未來(lái)可期

基因治療的臨床轉(zhuǎn)化，安全性是重中之重。為了確保這款“基因編輯器”的安全性，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)GUIDE-seq技術(shù)在全基因組范圍內(nèi)“排查”可能的脫靶位點(diǎn)。結(jié)果顯示，在人類細(xì)胞中潛在的脫靶位點(diǎn)編輯率均低于1%，在小鼠腦中這一數(shù)值更低，幾乎可以忽略不計(jì)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)編輯過(guò)程中可能產(chǎn)生的次要突變進(jìn)行了功能驗(yàn)證，確認(rèn)這些微小突變不會(huì)影響CHD3蛋白的正常功能，進(jìn)一步為治療的安全性筑牢了防線。

要讓基因治療真正走向人類臨床，還需證明其在更接近人類的動(dòng)物模型中同樣安全有效。為此，研究團(tuán)隊(duì)在非人靈長(zhǎng)類（獼猴）模型中開(kāi)展了鞘內(nèi)注射AAV9-TeABE實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，編輯器在獼猴腦內(nèi)高效表達(dá)并完成拼接，成功檢測(cè)到明確的堿基編輯活性。這一成果不僅證明了該技術(shù)具備跨物種應(yīng)用的可行性，更為后續(xù)臨床試驗(yàn)積累了充足的前期數(shù)據(jù)。

研究人員坦言，從動(dòng)物模型到人類臨床治療，還有很長(zhǎng)的路要走。目前，研究團(tuán)隊(duì)已在規(guī)劃下一步實(shí)驗(yàn)，包括優(yōu)化編輯器結(jié)構(gòu)、探索更安全的遞送方式、建立人源類器官疾病模型以及構(gòu)建大型動(dòng)物長(zhǎng)期安全性評(píng)價(jià)體系等。希望不久的將來(lái)，基于堿基編輯的基因治療策略為更多神經(jīng)發(fā)育疾病患者帶來(lái)希望。