【基因编辑新进展】基因编辑技术挽救遗传性听力损失

细胞与基因治疗领域 2022-12-21

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超过一半的人类遗传性疾病是由基因组的点突变引起的，但大量的遗传性疾病尚无特效药，CRISPR/Cas基因编辑技术的出现为该类疾病的治疗提供了希望，尤其是基于CRISPR/Cas和各类脱氨酶开发的碱基编辑技术有望实现更为安全和精确的基因编辑。虽然CRISPR/Cas技术在疾病治疗领域被大量应用，但主要都集中在DNA编辑，靶向RNA治疗的研究相对较少。RNA编辑工具对转录本进行可逆的修正，可以减少使用DNA编辑工具导致基因组永久性改变（包括靶向及脱靶编辑）的潜在风险，因此，RNA编辑在疾病治疗的安全性和临床转化方面更有优势，探索RNA单碱基编辑器在疾病治疗中的应用研究具有重要意义。目前尚无基于CRISPR/Cas13的RNA单碱基编辑技术应用于在体治疗耳聋方面的研究报道。

2022年7月20日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心杨辉研究组联合复旦大学附属眼耳鼻喉科医院的舒易来研究员与李华伟教授团队，以及临港实验室/上海脑科学与类脑研究中心胥春龙课题组在《Science Translational Medicine》期刊上联合发表题为“Rescue of autosomal dominant hearing loss by in vivo delivery of mini dCas13X-derived RNA base editor”的最新研究进展，该研究将mxABE系统应用于肌球蛋白IV（MYO6）基因c.1325G>A p.C442Y突变导致的半显性遗传性耳聋小鼠模型的治疗。

MYO6蛋白主要表达在内耳的内、外毛细胞，其致病突变会引起常染色体显性或隐性遗传性耳聋，其中携带MYO6 p.C442Y突变的患者从儿童时期开始表现出渐进性听力损失。MYO6 p.C442Y半显性遗传性耳聋小鼠模型，早期表现为高频听力丢失，随着年龄增加逐渐失去全部听力，同时内耳毛细胞从底圈开始丢失，纤毛形态和电生理功能异常。针对MYO6突变引起的遗传性耳聋，目前尚缺乏安全、有效的预防和治疗方法，不断探索更安全、更高效的基因治疗方法是遗传性耳聋治疗研究的重要方向。

研究人员在体外针对MYO6 p.C442Y突变位点筛选并获得了高效且特异的crRNA，向MYO6 p.C442Y新生小鼠耳蜗递送AAV-mxABE治疗体系后，通过二代测序、ABR/DPOAE、毛细胞电生理、扫描电镜、免疫荧光等技术评估体内治疗效果，发现mxABE RNA编辑系统成功增加了治疗组的正常Myo6转录本丰度，提高了内耳毛细胞的存活率，纠正了静纤毛的退化及毛细胞电生理功能指标，并成功改善了MYO6 p.C442Y小鼠的听力，治疗效果可持续3个月之久。此项研究展现了mxABE用于治疗各类遗传性疾病的巨大潜力，同时为将RNA编辑工具用于疾病的治疗提供了概念验证。

　　图注：（A）mxABE介导的治疗流程。通过途经耳蜗中阶的方式注射AAV病毒向新生小鼠内耳递送靶向Myo6^C442Y突变位点编辑的mxABE系统，然后在小鼠成长到9周龄和12周龄时分别进行听力学功能检测，包括听性脑干反应（ABR）和畸变产物耳声发射（DPOAE），同时对部分12周龄小鼠进行组织、形态学监测，包括免疫荧光染色观察毛细胞存活数和扫描电镜观察毛细胞静纤毛形态。（B）右耳接受mxABE治疗的小鼠12周龄时听性脑干反应（ABR）检测结果。（C）组织学水平免疫荧光检测右耳接受mxABE治疗后12周龄时毛细胞存活情况，左右耳来自同一只小鼠，从上往下分别为耳蜗螺旋的顶圈、中圈和底圈，比列尺：50 μm。（D）毛细胞电生理学检测。（E）扫描电镜观察小鼠耳蜗底圈毛细胞静纤毛形态学。从左往右分别是野生型、右耳接受mxABE治疗小鼠的左耳和右耳，左、右耳来自同一只小鼠。比列尺：低倍放大为5 μm，高倍放大为2 μm。

值得一提的是自2016年科学家首次报道具有RNA核酸酶活性的Cas13a（也叫C2c2）可用于敲低靶向的RNA，Cas13b/c/d随后相继被发现。2017年基于PspCas13b与RNA腺苷脱氨酶变体（ADAR2dd*）融合开发的RNA单碱基编辑器问世。由于Cas13b蛋白较大，限制了其在体内疾病治疗上的应用。2021年中科院脑智卓越中心杨辉研究组通过数据挖掘发现了两类新的紧凑型Cas13蛋白，命名为Cas13X（也叫Cas13e）和Cas13Y（也叫Cas13f），大小在775~803个氨基酸[7]，并基于Cas13X.1开发了高效的迷你型RNA单碱基编辑器mxABE/mxCBE，尺寸仅有830个氨基酸，为Cas13及其衍生工具在体内的应用奠定了基础。

该工作由中科院脑智卓越中心杨辉研究员、复旦大学五官科医院舒易来研究员、李华伟教授以及临港实验室/上海脑科学与类脑研究中心胥春龙研究员共同指导完成。中科院脑智卓越中心博士研究生肖庆全，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院徐值姣、薛媛媛博士和临港实验室/上海脑科学与类脑研究中心胥春龙博士为论文的共同第一作者。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院李耕林研究员、韩磊、王芳、韩双，中科院脑智卓越中心刘元花副研究员、博士研究生张润泽，辉大（上海）生物科技有限公司王兴博士做出了重要贡献。中科院脑智卓越中心刘志勇研究员、博士研究生孙雨薇、罗正南对耳蜗取材技术作了重要指导。该研究获得国家基金委、科技部、上海市、中科院和临港实验室的资助。（来源：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心）

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