11月29日，國際學術(shù)期刊Circulation在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌研究組的最新合作研究成果“In Vivo AAV-CRISPR/Cas9-mediated Gene Editing Ameliorates Atherosclerosis in Familial Hypercholesterolemia”的研究論文。該研究利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)在一種新構(gòu)建的家族性高膽固醇血癥模型小鼠體內(nèi)部分修復Ldlr基因突變和LDLR蛋白表達，改善動脈粥樣硬化等表型。

 

        家族性高膽固醇血癥（FH）是一種最常見的遺傳性高脂血癥，臨床表現(xiàn)為血液中膽固醇水平明顯升高，可導致早期心血管疾病（比如心梗、中風）等，嚴重時危及生命。FH最常見(>90%)的基因缺陷是由編碼低密度脂蛋白受體LDLR基因突變引起的，LDLR蛋白功能喪失，導致循環(huán)系統(tǒng)中低密度脂蛋白LDL堆積。雜合子的LDLR活性在2～25%，通常使用他汀類藥物進行治療，而純合子LDLR蛋白活性小于2%，對于藥物治療常沒有反應(yīng)，在嬰幼兒時期就可出現(xiàn)嚴重動脈粥樣硬化表型及各種并發(fā)癥。針對純合子FH，現(xiàn)有治療手段包括LDL血漿置換及肝移植等，費用昂貴且存在一定風險，因此繼續(xù)尋找和探索新的治療方法具有重要意義。

 

        規(guī)律成簇間隔短回文重復（CRISPR)和其相關(guān)核酸內(nèi)切酶（Cas）是近些年來發(fā)現(xiàn)和興起的一種基因編輯技術(shù)，以其高效性和簡便性廣泛應(yīng)用于不同物種細胞基因編輯、動物模型構(gòu)建和致病基因治療等方面，極大地促進了生物學和醫(yī)學研究發(fā)展。利用基因治療人類遺傳疾病是近年里醫(yī)學生物領(lǐng)域的熱點與焦點課題。

 

        在本項工作中，研究人員根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的FH患者具有的LDLR基因E207X無義突變，該突變可以提前產(chǎn)生終止密碼子，導致LDLR蛋白無法正常表達，通過序列比對后設(shè)計，將CRISPR/Cas9系統(tǒng)導入小鼠受精卵進行打靶，通過后續(xù)傳代交配，成功構(gòu)建了Ldlr^E208X小鼠（純合子）。接著研究人員通過基因測序、反轉(zhuǎn)錄PCR、Western blot和免疫熒光染色等手段，分析和驗證了該小鼠。通過一段時間的高脂飲食誘導，相對比野生型，Ldlr^E208X小鼠產(chǎn)生了明顯高膽固醇血癥病癥，包括在主動脈產(chǎn)生了明顯的動脈粥樣硬化斑塊，斑塊內(nèi)有平滑肌細胞的丟失和轉(zhuǎn)型，以及大量巨噬細胞的浸潤和纖維原沉積，肝臟產(chǎn)生大量脂滴堆積，血漿中的總膽固醇，甘油三酯，低密度脂蛋白-膽固醇等明顯升高。

 

        隨后研究人員利用腺相關(guān)病毒（AAV）將CRISPR/Cas9系統(tǒng)地送到Ldlr^E208X新生小鼠體內(nèi)，策略是一個AAV表達Cas9, 一個AAV表達gRNA和供體DNA，利用gRNA引導Cas9蛋白到達DNA上的特定位點產(chǎn)生雙鏈斷裂，然后利用外源模版鏈介導的同源重組修復（HDR）機制修復該突變基因。因為新生小鼠肝細胞具有極強的增殖能力，因此可以有效利用這一修復機制進行基因編輯和糾正。待小鼠成體后，研究人員檢測發(fā)現(xiàn)相比對照組，治療組小鼠中大約有6.7%的等位基因得到修復，LDLR蛋白得到部分（～18%）表達。令人驚喜的是，研究人員發(fā)現(xiàn)即使LDLR蛋白部分恢復表達，經(jīng)高脂飲食誘導后，相比于對照組，治療組Ldlr^E208X小鼠的動脈粥樣硬化癥狀顯著減輕，巨噬細胞浸潤、脂質(zhì)堆積等病癥也顯著緩解，循環(huán)系統(tǒng)中的各項指標也有明顯改善。同時研究人員還檢測了CRISPR/Cas9系統(tǒng)脫靶效應(yīng)和一些免疫指標，在成體小鼠體內(nèi)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的脫靶及免疫排斥反應(yīng)，證明此次基因編輯治療的有效性和安全性。

 

        該研究揭示了使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)靶向和糾正家族性高膽固醇血癥致病基因能夠顯著改善動脈粥樣硬化等相關(guān)表型，證明CRISPR/Cas9技術(shù)可以作為一個應(yīng)用于人類遺傳疾病治療的潛在工具，促進基因編輯技術(shù)向個體化醫(yī)療更進一步。盡管在小鼠體內(nèi)此項基因編輯工作顯示了積極結(jié)果，但研究人員也表示在進行臨床試驗前還必須進行更多的研究測試，比如大型動物試驗等。

 

        周斌研究員和上海交通大學黃荷鳳教授為本文的共同通訊作者，并獲上海交通大學徐晨明主任、吳彥婷教授、中科院丁秋蓉教授、武漢大學宋保亮教授等的大力支持。該工作得到中國科學院、基金委、科技部、上海市科委等經(jīng)費支持。

 

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