由麻省理工学院布罗德研究所、哈佛大学、美国国立卫生研究院和范德比尔特大学医学中心的研究人员领导的一个研究小组，已经使用碱基编辑(一种最近发展出来的基因编辑形式)来挽救患有Hutchinson-Gilford早老症的小鼠的疾病症状和寿命。
早衰症是一种进行性的人类遗传疾病，通常会在大多数患者达到15岁左右时导致死亡，主要是心血管衰竭。大多数患有这种疾病的儿童在他们的DNA中有一个单一字母的变化，这导致了一种有毒蛋白质的产生。
在这项研究中，通过基因工程使小鼠携带早衰症突变，并显示出人类疾病的几乎所有特征，小鼠接受了一次注射，注射时带有一个碱基编辑器，该编辑器被编程来纠正致病突变。这些小鼠保留了健康的组织，寿命是注射盐水的早衰症小鼠的2.5倍。事实上，接受治疗的老鼠达到了与健康老鼠开始衰老相对应的年龄。
这项研究是在动物体内使用碱基编辑(一种直接将单个DNA碱基对转换成不同碱基对的基因编辑技术)来挽救严重遗传疾病的首批例子之一。
“据我们所知,这导致工作最有力的救援早衰症的症状由多个措施,“共同通讯作者David Liu表示,理查德·梅金教授和主任叫法变革性技术研究所医疗Broad研究所,哈佛大学教授、霍华德休斯医学研究所研究员。“五年前，我们还在完成第一个碱基编辑器的开发。如果你当时告诉我，在五年内，一次剂量的碱基编辑器就可以从DNA、RNA、蛋白质、血管病理和寿命水平上解决动物的早衰症，我会说“不可能”。’这真的证明了团队的奉献精神，让这项工作成为可能。”
这项工作为进一步开发早衰症治疗的临床前研究铺平了道路，并为用碱基编辑治疗其他遗传疾病提供了蓝图。
这项研究发表在自然与作者路加福音Koblan,刘的研究生实验室。文章的第二作者弗朗西斯·柯林斯,国立卫生研究院和国家人类基因组研究所的资深研究员,医学助理教授和乔纳森·布朗心血管医学分部的范德比尔特大学医学中心。
小鼠实验结果“显著”
2003年，Collins的实验室发现了早衰症的根源基因突变——LMNA中的一个单一的C-to-T突变。这种单字母的错误导致一种叫做progerin的有毒蛋白质的形成，它通过破坏细胞核结构来损害细胞。
为了逆转这种突变，研究人员转向碱基编辑。这种分子工具是在Liu的实验室开发的，它使用一种可编程的dna结合蛋白，如CRISPR-Cas9或TALE阵列，对准特定的目标基因序列和另一种酶，以化学方式将一种核苷酸转变为另一种。
该团队编程碱基编辑器ABE 7.10max-VRQR，以LMNA基因为目标，将突变的T•A碱基对转换回正常的C•G碱基对。当研究人员在来自早衰症儿童的细胞中测试碱基编辑器时，90%的细胞都被成功编辑，这反过来降低了progerin mRNA和蛋白质的水平。
在这些数据的鼓舞下，该团队开始了一系列长期的动物研究，与Jonathan Brown, Francis Collins, Mike Erdos密切合作，Mike Erdos是Collins在NIH的同事，也是这篇文章的共同第一作者。在美国国立卫生研究院，研究人员在一个人类早衰症小鼠模型中测试了碱基编辑器，该模型含有两个突变的人类LMNA基因副本。模型小鼠表现出许多疾病的特征，包括动脉系统的进行性恶化、骨骼变化、毛发变薄和过早死亡。
一组小鼠在出生后3天或14天注射了编码碱基编辑器的腺相关病毒。到六周大的时候，在多个器官中发现了大约10%到60%的基因修正。
到6个月时，包括心脏在内的主要器官中孕酮的含量远远低于注射盐水的早衰症对照组小鼠。此外，虽然对照组小鼠的主动脉显示出大量血管平滑肌细胞的丧失和高水平的外膜纤维化(纤维化细胞在主动脉周围聚集)，但注射base编辑器的小鼠的主动脉与健康小鼠的样本相似。
“我们看到了这种出乎意料的，几乎是完全的，对主动脉病理的抢救，”刘说。“我们做了一些后续实验，以确保我们没有被误导。主动脉样本与正常小鼠样本几乎没有区别，这令人震惊。来自碱基编辑小鼠的细胞正在制造修正的人类层蛋白，而不是progerin。”
碱基编辑注射也大大延长了治疗小鼠的寿命，并提高了它们的活力。一只健康的老鼠大约能活两年。接受治疗的老鼠平均存活510天，相当于开始步入老年——是未接受治疗的老鼠存活时间的两倍多。
接受治疗的老鼠寿命的显著延长“是一个非常深刻的结果，”布朗说，“因为患有早衰症的孩子死于血管疾病的早期。”他们会患心脏病和中风。”
Collins说:“当我的研究实验室在2003年发现早衰症的基因原因时，我们希望有一天这能帮助到这些孩子。”“一路走来，我们在药物治疗方面取得了一些进展，但在DNA水平上纠正根本原因的潜力是我们当时无法想象的。”在我们的早衰症小鼠模型上看到这种戏剧性的反应，是我作为一名物理学家40年来参与的最激动人心的治疗进展之一。”
展望未来
布朗说:“作为一名内科科学家，想到自己在实验室里研究的一个想法可能真的有治疗效果，真是令人兴奋。”“最终，我们的目标将是尝试为人类开发这种方法，尽管在这些模型系统中还有一些问题需要首先解决。”
虽然该团队没有观察到碱基编辑器的显著脱靶编辑，但一些寿命最长的治疗小鼠发生了肝肿瘤——当使用腺相关病毒将基因传递到小鼠体内时，已知的长期并发症。
目前正在进行更多的安全性和有效性研究，以进一步检验这些结果，并研究减轻风险的潜在方法。这项工作的结果正被推进到进一步的临床前研究，最终目标是启动临床试验。
“这项工作也为其他基因疾病的潜在治疗提供了蓝图，这些疾病可以通过碱基编辑来解决，”刘说。“这不仅增强了我们的兴奋感，也增强了我们的责任感，我们要继续认真研究科学，同时为患者提供最好的获益机会。”
