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为解决 CMT2S 治疗难题,美国 Vanda Pharmaceuticals Inc. 的研究人员开展 ASO 治疗 CMT2S 的研究。结果显示 VCA - 894A 可恢复 IGHMBP2 水平,改善神经肌肉功能且安全性良好。该研究为 CMT2S 治疗带来新希望,值得科研读者一读。
在医学的神秘世界里,有一种疾病如同隐藏在暗处的 “小怪兽”,给患者带来诸多痛苦,它就是夏科 - 马里 - 图斯病 2S 型(Charcot - Marie - Tooth disease type 2S,CMT2S)。这是一种遗传性的周围神经系统疾病,全球每百万人中患病的人数不到 1 人。患者常常会出现肌肉萎缩、无力的症状,就像身体里的 “小马达” 逐渐失去动力,连简单的跑步、跳跃都难以完成,严重影响生活质量。而且,由于这种疾病具有高度的遗传和等位基因异质性,诊断和治疗都面临着巨大的挑战,目前还没有能够根治的方法。
免疫球蛋白 μ 结合蛋白 2(Immunoglobulin mu - binding protein 2,IGHMBP2)的致病性变异是导致 CMT2S 的重要原因之一。当 IGHMBP2 基因出现问题时,会影响 mRNA 的代谢和 RNA 的加工,进而导致 α - 运动神经元变性,引发疾病。此前,虽然对这种疾病有了一定的认识,但如何有效治疗 CMT2S,一直是困扰医学界的难题。
为了攻克这个难题,来自美国 Vanda Pharmaceuticals Inc. 的 Sandra Smieszek 等人展开了深入研究,并在《Molecular Therapy: Nucleic Acids》期刊上发表了题为 “Potential ASO - based personalized treatment for Charcot - Marie - Tooth disease type 2S” 的论文。他们发现,一种名为 VCA - 894A 的反义寡核苷酸(Antisense oligonucleotides,ASO)有望成为治疗 CMT2S 的新希望,这一发现为 CMT2S 的治疗开辟了新的道路。
研究人员在这项研究中用到了几个关键技术方法。首先是全基因组测序技术,通过它来确定患者的基因变异情况;然后是 ASO 设计技术,针对患者特定的基因变异设计出能与之相互作用的 ASO;细胞培养技术也很关键,培养患者的成纤维细胞等细胞来进行后续实验;还有基因表达分析技术,用于检测相关基因的表达水平变化;最后利用神经肌肉接头(Neuromuscular Junction,NMJ)平台技术,评估 NMJ 的功能。
下面来详细看看他们的研究结果:
- 患者情况描述:研究人员对一名 11 岁就被诊断为 CMT2S 的患者进行了长期观察。11 岁时,患者行走困难、经常摔倒,精细运动也受到影响。到了 19 岁,虽然在他人帮助下能走几步,但肌肉无力的情况依然严重。不过,她凭借顽强的毅力,学会了照顾自己、开车,还完成了高中学业。
- 患者体内的 IGHMBP2 变异:通过全基因组测序分析,研究人员确认了患者体内存在 IGHMBP2 基因的变异。父亲遗传的基因中有一个位于内含子 8 的隐秘剪接位点变异(c.1235 + 894C>A),这个变异会导致异常转录本产生,进而引发无义介导的衰变(Nonsense - Mediated Decay,NMD),使得 IGHMBP2 蛋白水平降低。母亲遗传的基因则携带一个错义变异(p.Leu577Pro)。这些变异共同作用,导致患者体内的 IGHMBP2 蛋白水平明显下降。
- ASO 的细胞进入效率和细胞活力:研究人员设计了多种针对内含子 8 变异区域的 ASO,其中 VCA - 894A 是重点研究对象。它是一种经过化学修饰的 19 聚体 ASO,带有硫代磷酸酯和 2'- 甲氧基乙基(2'-MOE)骨架。通过实验发现,这种 ASO 能够成功进入患者的成纤维细胞,并且细胞活力不受影响,这为后续的治疗研究奠定了基础。
- ASO 治疗增加 IGHMBP2 的 mRNA 水平:用 VCA - 894A 处理患者的成纤维细胞 48 小时后,惊喜的事情发生了!IGHMBP2 的表达水平相较于未处理的对照组提高了约 1.88 倍,几乎恢复到了正常水平。qPCR 和 RNA 测序结果也进一步证实,VCA - 894A 能够有效提高恢复的野生型转录本与含隐秘外显子转录本的比例,是恢复转录水平的优质候选 ASO。
- VCA - 894A 恢复 IGHMBP2 的蛋白水平:研究人员将患者的成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs),并分化为运动神经元(Motor Neurons,MNs)。用 VCA - 894A 处理成纤维细胞 72 小时后,发现 IGHMBP2 蛋白水平显著增加了约 50% - 70%。通过 Western blot 分析也证实了这一结果,说明 VCA - 894A 不仅能提高 mRNA 水平,还能有效恢复蛋白水平。
- VCA - 894A 的脱靶结合情况:ASO 的脱靶结合可能会带来副作用和毒性,所以研究人员通过计算机模拟分析,对 VCA - 894A 在人类和大鼠基因组中的潜在脱靶结合位点进行了研究。结果发现,VCA - 894A 在人类转录组中几乎没有脱靶匹配,直到允许 4 个错配时才出现,这表明它的脱靶结合风险较低,安全性相对较高。
- CMT2S - MNs 的形态和生理特征:研究人员将患者来源的 iPSC - MNs 与健康对照的 iPSC - MNs 进行对比。发现患者的 MNs 轴突更细,并且有更多的膨体,这可能会影响轴突的传导和传递。在电生理特征方面,早期的 CMT2S - MNs 有轻微的超兴奋性,但到了后期,整体功能出现衰退,这与患者的临床症状变化相吻合。
- IGHMBP2 变异导致的 CMT2S 的 NMJ 功能评估:研究人员利用 Hesperos Inc. 建立的 NMJ 平台,对表达 CMT2S IGHMBP2 变异的 MNs 进行研究。结果发现,与健康对照组相比,CMT2S 患者的 NMJ 数量在早期和后期都有明显差异,疲劳指数(Fatigue Index,FI)更高,并且在测试中表现出快速疲劳和混乱的破伤风反应。这进一步揭示了 CMT2S 患者神经肌肉功能的异常。
- VCA - 894A 在 NMJ 系统中的给药效果:研究人员在 NMJ 系统中对 VCA - 894A 进行给药实验,设置了不同的剂量组和对照组。结果显示,VCA - 894A 能够增强现有 NMJ 的功能,改善新发育 NMJ 的缺陷,恢复当前稳定 NMJ 的功能,还能改善破伤风反应,使骨骼肌收缩时间更长。而且,VCA - 894A 对 NMJ 的数量、形成和稳定性都没有负面影响。
- 三个月大鼠毒理学研究:为了评估 VCA - 894A 的安全性,研究人员对 80 只野生型 Sprague - Dawley 大鼠进行了为期 3 个月的鞘内注射实验。结果发现,在所有测试剂量下,VCA - 894A 都能被很好地耐受,没有出现计划外死亡。虽然在高剂量(0.35mg)时出现了一些短暂的临床症状和轻微的病理变化,但这些都被认为是非不良反应,未观察到不良反应的剂量水平(NOAEL)为 0.35mg / 剂量,这为后续的临床应用提供了重要的安全性数据。
综合这些研究结果,研究人员认为,VCA - 894A 这种 ASO 在体外实验中成功地恢复了 IGHMBP2 的蛋白水平,并且在改善 CMT2S 患者的神经肌肉功能方面表现出了巨大的潜力。同时,大鼠毒理学研究也表明它具有较好的安全性,为进一步的临床应用提供了有力的支持。
这项研究意义重大。它为 CMT2S 患者带来了新的希望,有可能改变目前无有效治疗方法的困境。同时,这种基于 ASO 的个性化治疗方法,也为其他罕见遗传疾病的治疗提供了新的思路和方向。随着研究的不断深入,相信未来会有更多的患者受益于这些研究成果,摆脱疾病的困扰。