Nature Biotechnology：给基因疗法加个开关

　　

斯克利普斯研究所的科学家近日开发出一种特殊的分子开关，它可以嵌入基因疗法中，让医生得以控制剂量。这项成果发表在《Nature Biotechnology》杂志上，为基因疗法设计人员提供了一种可调整治疗基因活性水平的技术。

由首席研究员Michael Farzan领导的研究团队将此开关应用在生成促红细胞生成素的基因疗法中，以此证明这种新技术的力量。研究表明，他们可通过一种特殊的嵌入分子将基因表达控制在极低水平，然后通过注射吗啉代（morpholino）来提高基因表达。

“我认为，我们这种方法是目前唯一一种调节动物或人类基因疗法剂量的实用方法，”Farzan谈道。这些高效的模块化RNA开关有望提高基因疗法的安全性和有效性，同时扩大其用途。

基因疗法在治愈因基因缺陷而引起的疾病上具有巨大潜力。某些患者的特定基因缺乏功能性拷贝，而基因疗法可以将治疗基因的拷贝插入患者的细胞内，使其在体内发挥作用。不过，这种疗法也存在风险，因为一旦输送到患者细胞内，就无法关闭或调节。因此，目前只有少数几种疗法被FDA批准。

Farzan领导的研究团队从一个称为锤头状核酶（hammerhead ribozyme）的核糖核酸分子家族中制备出转基因开关。这些核酶具有自我剪切的功能，一旦它们从DNA复制到RNA，便将自身切成两半。

因此，含有这种核酶DNA的治疗性转基因在翻译成蛋白质之前，其RNA转录本往往会被剪切成两半。不过，核酶的自我剪切作用可被吗啉代所阻断；阻断之后，转基因转录本将保持完整，并被翻译成治疗性蛋白质。此时，核酶相当于“OFF”开关，而吗啉代则充当“ON”开关，其程度取决于吗啉代的剂量。

研究人员从一种名为N107的锤头状核酶开始，不过他们发现转基因编码的测试蛋白在“关”和“开”状态下的产量差异并不大。于是，他们对这种核酶进行修饰。经过几个月的实验，他们能够将动态范围扩大了数十倍。

之后，研究人员在一种EPO基因疗法的小鼠模型上检验了这种核酶开关。EPO基因疗法尚未获得美国FDA批准，不过它治疗贫血的效果比现有方法更好。他们向活小鼠的肌肉组织内注射EPO转基因。结果表明，嵌入的核酶将EPO抑制到极低的水平。

然而，少量的吗啉代分子注射到患病组织后，极大地逆转了这种抑制作用，从而使EPO产量提高了200倍以上，并且持续一周。相比之下，传统的EPO注射只能维持几个小时。这些结果使得核酶开关特别适合实际的临床应用。

Farzan及其同事目前正在努力改进这项核酶开关技术，以便将其作为基因疗法的失效保护机制，让出错的转基因永久性失活。（生物通 薄荷）

原文检索

Zhong, G., Wang, H., He, W. et al. A reversible RNA on-switch that controls gene expression of AAV-delivered therapeutics in vivo. Nat Biotechnol (2019) doi:10.1038/s41587-019-0357-y