利用CRISPR-Cas9碱基编辑技术对心力衰竭信号通路进行精准调控

《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》：Precision modification of heart failure signaling by CRISPR-Cas9 base editing

　　

田所智则|刘宁|埃里克·N·奥尔森

美国德克萨斯大学西南医学中心分子生物学系；得克萨斯州达拉斯市

摘要

心力衰竭仍是全球范围内导致疾病和死亡的主要原因，目前的疗法主要侧重于症状管理和减缓疾病进展，而非纠正潜在的分子异常。基因组编辑技术的最新进展为治疗心力衰竭带来了新的机会。在这些方法中，CRISPR-Cas9碱基编辑因其能够精确实现核苷酸转换且不会引发双链DNA断裂，并在体内表现出相对较高的效率，因而成为一种极具前景的策略。

虽然利用CRISPR-Cas9碱基编辑纠正致病突变是基因组编辑的重要应用，但另一种策略则是直接调节导致心脏功能障碍的关键信号通路。蛋白激酶Cα（PKCα）是调控心脏收缩力和病理性重构的关键因子，因此，精确编辑控制PKCα稳定性或活性的磷酸化位点，可能是一种有效抑制心肌细胞中异常激酶信号传导的方法。这种“精准信号修饰”的理念或许能为心力衰竭提供一种广泛适用的治疗方案。类似策略也可应用于其他信号分子，包括Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IIδ（CaMKIIδ），从而展现出以信号通路为目标的基因组编辑方法的更大潜力。

尽管取得了这些进展，但在临床应用方面仍存在诸多挑战，包括如何高效地将基因组编辑组件递送至成年心脏、长期安全性以及可能的免疫反应等问题。随着递送技术和基因组编辑平台的不断进步，未来或许能够实现持久且可能只需一次的治疗方案来治疗心力衰竭。

引言

心血管疾病约占全球所有死亡人数的三分之一[1]。心力衰竭（HF）是一种复杂的临床综合征，其症状源于心室充盈和泵血功能的结构或功能障碍[2]。心力衰竭的预后较差，5年生存率约为60%[3]。目前的标准疗法通过调节神经激素通路显著改善了治疗效果[2]，但仍迫切需要能够直接针对导致心力衰竭进展的细胞内信号通路的持久性干预措施。

CRISPR-Cas9作为一种强大的基因组编辑工具，近年来技术发展迅速[4]。尤其是在体内进行基因组编辑方面，已显示出纠正与扩张型心肌病、肥厚型心肌病及先天性心脏病相关的遗传异常的潜力[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。尽管这些疾病大多与遗传突变有关，但传统疗法并未解决根本的遗传缺陷，治疗主要依赖于对心力衰竭的支持性管理[2]、[11]、[12]、[13]。因此，对于具有这些遗传易感性的患者而言，即便终生服用多种药物，心力衰竭仍会持续恶化，严重影响他们的生活质量[2]。

基于CRISPR-Cas9的基因编辑疗法能够靶向那些传统治疗方法无法触及的基因[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。然而，患有单基因心肌病或先天性心脏病的患者仅占心力衰竭患者总数的很小一部分。此外，为每种特定突变开发基因编辑策略需要大量的时间和成本。考虑到突变的多样性，包括碱基编辑在内的个性化方法可能并不现实[14]。与其针对每个具体的突变，不如阻断不同突变共有的关键致病信号通路，这样就能提升单一治疗方案的适用范围。在本综述中，我们探讨了利用CRISPR-Cas9介导的碱基编辑技术精准靶向并调节致病信号通路的方法，以最近一项针对蛋白激酶Cα（PKCα）的研究为例[15]。

章节节选

靶向PKCα及其他：精准调节致病节点

PKCα是心脏信号传导中的核心节点[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。在PKC家族成员中，PKCα在心脏中的表达最为丰富，并且在心力衰竭状态下会被激活[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。PKCα在心脏收缩力中起着至关重要的作用。PKCα过度表达会损害心脏功能，而在其基因被删除后，可防止因主动脉缩窄（TAC）引发的心力衰竭及扩张型心肌病小鼠出现心脏功能障碍和病理性重构[27]。在

展望未来

使用AAV9将碱基编辑器高效递送至成年小鼠仍然是一项艰巨的任务[15]。在我们的研究中，通过给新生小鼠全身注射AAV9，成功实现了碱基编辑器的有效递送，进而带来了显著的表型改善。但在临床环境中，治疗通常是在心力衰竭发生后才开始。当在TAC手术后立即以相同剂量给成年小鼠注射AAV9时，可在心脏组织中检测到

结论

基因组编辑技术，尤其是碱基编辑技术，正在逐步改变心力衰竭的治疗格局。除了传统的疾病症状管理之外，这些方法还有潜力直接且持久地修改心肌细胞内的病理性信号传导。

正如本综述所讨论的，虽然针对致病突变进行个性化修正是一项重要应用，但那些旨在精准调节PKCα和CaMKIIδ等信号靶点的策略或许

CRediT作者贡献声明

田所智则：撰写——综述与编辑、撰写——初稿、方法学、资金获取、概念构思。刘宁：撰写——综述与编辑、监督、资金获取、概念构思。埃里克·N·奥尔森：撰写——综述与编辑、监督、资金获取、概念构思。

关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

作者在撰写本稿件时未使用任何生成式AI或AI辅助技术。

致谢

作者感谢Jose Cabrera提供的图表支持。本研究得到了美国国立卫生研究院的资助（R01HL157281、P01HL160488和P50HD087351），Leducq基金会跨大西洋卓越网络的支持，Robert A. Welch基金会的资助（1-0025），以及日本心脏基金会/拜耳医药海外研究奖学金对田所智则先生的支持。此外，这项工作还获得了英国心脏基金会的“Big Beat Challenge”奖项对CureHeart项目的支持（奖项编号BBC/F/21/220106）。