LNP介导的体内碱基编辑技术能够纠正Agxt基因突变，从而治愈1型原发性高草酸尿症

《Clinical and Translational Medicine》：LNP-mediated in vivo base editing corrects Agxt to cure primary hyperoxaluria type 1

基因编辑治疗 Primary Hyperoxaluria Type 1 (PH1) 疾病机制及疗效阈值研究。

　　
### 解读：基于脂质纳米颗粒的碱基编辑疗法在1型原发草酸尿症（PH1）中的研究进展

#### 1. 疾病背景与治疗挑战
1型原发草酸尿症（PH1）是一种由**AGXT**基因突变引发的常染色体隐性遗传病。该基因编码的酶**草酰乙酸氨基转移酶（AGT）**负责代谢草酰乙酸，其功能缺失会导致草酰乙酸在肝脏中异常积累，进而通过尿液排出过量草酸。草酸与钙结合形成草酸钙（CaOx）晶体，沉积于肾脏引发肾结石、肾钙质沉积症（nephrocalcinosis）及进行性肾损伤，最终导致终末期肾病。尽管RNA干扰疗法（如lumasiran和nedosiran）和肝肾联合移植可部分缓解症状，但前者需要终身用药且存在免疫原性问题，后者则受限于器官捐献资源及长期免疫抑制风险。因此，开发精准的基因编辑疗法成为PH1治疗的重要方向。

#### 2. 研究目标与技术路径
研究旨在评估**脂质纳米颗粒（LNP）递送碱基编辑器（ABE）**对PH1的治疗潜力。具体策略包括：
- **碱基编辑器筛选**：通过体外实验对比不同ABE变体（如spG-ABE8e、vqr-ABE8e等）对靶基因**AGXT**突变（c.250 T→A，p.Q84X）的编辑效率，确定最优组合。
- **递送系统优化**：利用LNP包载ABE mRNA和sgRNA，通过剂量梯度实验（0.25-1.0 mg/kg）筛选最佳剂量，并验证其在幼年及成年PH1大鼠中的疗效。
- **疗效与安全性评估**：通过尿液草酸水平、肾脏病理学检查、肝功能指标及转录组学分析，评估治疗后的功能恢复情况，同时监测潜在脱靶效应和肝毒性。

#### 3. 关键发现与机制解析
**3.1 碱基编辑器效率与靶向性验证**
体外实验显示，**spG-ABE8e**在靶位点A6的编辑效率达71.87%，且通过多组验证，其精准性显著优于其他ABE变体（如spRY-ABE8e效率63.17%）。RNA递送与DNA递送相比，显著降低旁观者编辑（2.9% vs. 11.9%），证明mRNA技术可提高编辑特异性。

**3.2 体内疗效与剂量阈值**
- **幼年PH1模型**：单次注射1.0 mg/kg LNP-ABE后，肝脏**AGXT**基因编辑效率达64.09%，完全恢复AGT蛋白表达，尿液草酸水平下降至野生型对照组水平（降幅71.9%-83.6%），且肾脏CaOx沉积减少90%以上。肾组织病理学检查显示，肾小管扩张、上皮脱落等损伤特征完全逆转。
- **成年PH1模型**：2月龄PH1大鼠经相同剂量治疗后，6个月内持续维持正常草酸排泄水平，且肾脏病理损伤未再复发，证明该疗法适用于成年患者。

**3.3 疗效阈值与分子机制**
通过剂量梯度实验（n=20），发现**44%的基因编辑效率即可实现尿液草酸正常化**。进一步分析显示，当AGT蛋白表达恢复至野生型71%时，肾脏病理指标与野生型无显著差异。这表明，**部分功能恢复即可阻断疾病进展**，可能与AGT的剂量依赖性效应有关。

**3.4 转录组学调控网络**
RNA-seq分析揭示，LNP-ABE治疗不仅纠正了**AGXT**突变，还显著调控了肝脏代谢相关通路（如脂肪酸β-氧化、三羧酸循环）及免疫应答基因（如IL-6、TNF-α）。肾脏组织中也观察到类似修复：抑制肾损伤相关基因（如Havcr1、Spp1）表达，恢复水通道蛋白（AQP1）和肾小球滤过屏障相关蛋白（Nphs1）的功能。

**3.5 安全性评估**
- **肝毒性**：治疗组动物在48小时内出现转氨酶（ALT/AST）短暂升高，但7天后恢复正常，且无肝细胞坏死或炎症浸润。
- **脱靶效应**：全基因组测序（WGS）显示，治疗组的非靶位点编辑率低于背景噪声，仅脾脏和肺部出现微量编辑（<5%），且未伴随功能异常。
- **免疫原性**：未检测到系统性炎症或免疫反应，证实LNP递送的低免疫原性。

#### 4. 临床转化潜力与挑战
**4.1 创新性突破**
- **递送系统优化**：LNP相比腺相关病毒（AAV）具有更高的递送容量（可容纳完整ABE系统）和更低的免疫原性，适合单次给药。
- **疗效阈值明确**：首次提出“44%编辑效率阈值”，为临床制定剂量提供依据。例如，针对不同突变位点的PH1患者，可调整sgRNA设计以匹配最低有效剂量。
- **早发与晚发模型验证**：通过幼年与成年PH1大鼠模型，证明疗法对早期和延迟诊断患者均有效。

**4.2 挑战与未来方向**
- **突变多样性**：约20% PH1患者存在非错义突变（如插入/缺失），现有ABE无法编辑此类位点，需依赖Prime Editing等新型技术。
- **长期疗效监测**：实验仅观察至6个月，需进一步验证编辑的持久性及对终末期肾病的逆转效果。
- **规模化生产**：LNP需通过GMP认证，并解决mRNA大规模纯化问题。
- **联合疗法探索**：与RNAi疗法联用可能增强疗效，例如用ABE修复突变基因后，用siRNA抑制下游促炎通路。

#### 5. 对代谢性遗传病治疗的启示
本研究为单基因代谢病提供了全新治疗范式：**通过精准编辑代谢关键酶基因（如AGXT），恢复内源性蛋白功能，同时通过表观遗传调控网络级联效应，修复多系统损伤**。这一机制可推广至其他酶缺陷病，如** propionic acidemia（PA）**和** phenylketonuria（PKU）**，为开发靶向递送系统（如器官特异性LNP）奠定基础。

#### 6. 总结
该研究首次在PH1动物模型中实现单次LNP递送ABE疗法对基因突变的全功能修复，并明确疗效阈值与安全性边界。其核心价值在于：
1. **技术整合**：将体外优化的ABE变体（spG-ABE8e）与LNP递送系统高效结合，突破基因编辑递送瓶颈。
2. **临床转化路径**：通过动物模型验证的剂量-疗效关系，可直接指导临床试验设计（如选择1.0 mg/kg作为成人治疗基准剂量）。
3. **多组学证据链**：结合转录组、蛋白质组及病理学数据，系统阐释了基因修复对代谢稳态和器官功能的全局性调控作用。

未来需开展多中心临床试验，验证在真实PH1患者中的疗效与安全性，同时探索ABE与其他编辑工具（如CRISPR-Cas9）的协同应用，以应对复杂突变类型。