《Cell》Prime Editing可逆转严重儿童神经系统疾病的症状

科学家们使用一种称为“Prime Editing”的精确基因编辑方式，来纠正导致儿童交替性偏瘫的最常见基因突变。交替性偏瘫是一种罕见且严重的神经系统疾病，始于婴儿期。

　　

儿童交替性偏瘫症（Alternating Hemiplegia of Childhood，AHC）是一种罕见且严重的神经性疾病，通常在婴儿期发病。患有AHC的婴儿在几个月大时就开始经历令人恐惧的瘫痪和癫痫发作，并很快出现发育迟缓和智力障碍。这种罕见的遗传性疾病目前尚无治愈方法或有效治疗手段，但最新研究为治疗该疾病提供了一种潜在途径。

来自Broad研究所和The Jackson Laboratory的研究人员利用一种名为Prime Editing的精准、多功能基因编辑技术，成功纠正了导致AHC的根本原因。研究团队采用可扩展的方法开发了Prime Editing治疗方案，直接修复了五种不同的AHC致病基因突变。接受治疗的小鼠AHC症状显著减少且症状较轻，并且存活时间比未治疗的小鼠延长了一倍以上。

这项发表在《Cell》杂志上的新研究是首次在动物中使用Prime Editing治疗神经性疾病，为治疗AHC患者以及其他遗传性脑部疾病带来了希望。Prime Editing技术由Broad研究所核心成员、该论文共同通讯作者David Liu的实验室于2019年开发。该技术已在另一种罕见遗传性疾病的临床试验中成功应用。

“这项研究是Prime Editing技术的一个重要里程碑，也是我们团队迄今为止最令人兴奋的治疗性基因编辑成果之一。它为未来修复许多长期以来被认为无法治疗的神经性疾病的潜在遗传病因打开了大门。”Broad研究所Merkin转化技术研究所的Richard Merkin教授兼主任David Liu表示。Liu同时也是霍华德·休斯医学研究所研究员和哈佛大学教授。

The Jackson Laboratory罕见疾病转化中心副总裁、该研究共同通讯作者Cathleen Lutz表示：“能够在大脑中精准编辑DNA对神经性疾病具有重要意义。在大脑中实现如此高效的编辑水平确实令人印象深刻。”

患者组织助力研究

该研究的患者合作伙伴是RARE Hope（前身为Hope for Annabel），这是一个专注于加速AHC研究并开发可扩展、以患者为中心的研究平台的非营利组织，旨在惠及更广泛的罕见病群体。RARE Hope发起了此次合作，并在整个项目中保持了密切参与。

“这项研究不仅为我们的社区带来了胜利，也为所有罕见神经性疾病带来了突破，扩大了潜在患者群体的覆盖面。”RARE Hope创始人兼总裁、该研究共同作者、AHC患儿的母亲Nina Frost表示，“与一个始终将患者置于概念验证研究核心的团队合作，共同开展如此具有科学意义的研究是一项荣幸。该团队通过与患者社区互动、模拟患者体验以及将患者优先事项纳入实验设计，真正将我们纳入其中。这是一种以患者为中心的研究模式，因为团队将我们视为真正的合作伙伴。”

大脑基因编辑的突破

大多数AHC病例是由ATP1A3基因中的四种突变之一引起的，该基因对脑细胞功能至关重要。在新研究中，Liu团队着手同时开发能够修复五种ATP1A3突变的Prime Editing治疗方案，包括最常见的四种突变——这种规模在治疗性基因编辑研究中很少尝试。大多数其他基因编辑治疗方案（例如最近用于治疗KJ Muldoon婴儿的方案）都是针对单一突变设计的。科学家们致力于纠正所有五种突变，以简化实验、节省资源并测试基础科学的稳健性。

“我们开发了一个强大的框架，用于同时纠正多个突变。”Liu实验室的博士后研究员、与Liu实验室的Holt Sakai和The Jackson Laboratory的Markus Terrey并列为共同第一作者的Alexander Sousa表示，“这项工作真正是为了创建一个蓝图，能够快速应用于其他罕见疾病。”

研究人员首先在AHC患者的培养细胞中测试了他们的策略，证明他们可以在高达90%的处理细胞中正确修复AHC突变，同时对其他DNA片段的改变最小。接下来，该团队与The Jackson Laboratory的研究人员合作，在两种携带与AHC患者相似的Atp1a3突变的小鼠模型中测试了他们的治疗方案。未经治疗的小鼠出现了癫痫发作、运动问题并早逝。当科学家将编辑系统注入动物的大脑时，它们的症状消失或显著减少。接受治疗的小鼠存活时间比未治疗的动物延长了一倍以上。此外，它们大脑中的Atp1a3蛋白功能得以恢复，运动和认知缺陷也得到了改善。科学家通过使用已被FDA批准用于针对脑细胞的基因治疗的AAV病毒，将Prime Editors传递到小鼠细胞中。

“结果真的超出了我们的预期。”Sakai表示，“看到这些数据令人非常兴奋。”

该团队还测试了传统基因疗法，该疗法向细胞输送额外的健康ATP1A3基因副本，但发现动物的症状并未改善。这一发现突显了使用基因编辑直接纠正导致功能失调、致病蛋白的突变的独特优势，研究人员表示。

“在这项研究之前，我们甚至不知道是否可以在动物出生后干预AHC。”Sousa表示，“现在我们知道这是可以做到的。”

罕见疾病的治疗模板

由于治疗需要在出生后不久直接注入大脑，该团队目前正在探索更不具侵入性的输送方法，并研究在生命后期进行治疗是否仍然有效。

除了AHC之外，该团队还将他们的方法视为应对其他罕见遗传性疾病（尤其是影响大脑的疾病）的模板。凭借能够同时快速设计和测试多种基因编辑治疗方案的能力，他们希望能够为许多其他疾病带来同样的精准性和速度。

“这是一个有力的概念验证。”Sakai表示，“它表明我们可以使用Prime Editing治疗遗传性脑部疾病，并为将这种方法转化为临床应用奠定了基础。”