Nature子刊：優(yōu)化堿基編輯，治療脊髓性肌萎縮癥
脊髓性肌萎縮癥（SMA）是一種毀滅性的神經(jīng)肌肉疾病，是全球嬰兒死亡的重要原因。SMA的主要特征是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡、肌肉失神經(jīng)支配和肌肉無力。大多數(shù)SMA病例是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元存活基因1（SMN1）的功能缺失突變引起的。SMN1中常見的突變是外顯子7的缺失，這導(dǎo)致SMN蛋白質(zhì)功能喪失。
SMA嚴(yán)重程度的一個(gè)重要影響因素是旁系同源基因SMN2的拷貝數(shù)。SMN2的序列與SMN1不同之處在于外顯子7中有一個(gè)同義的C·G-to-T·A轉(zhuǎn)換。SMN2的外顯子7的第6位核苷酸的C-to-T轉(zhuǎn)換（簡(jiǎn)稱C6T）導(dǎo)致大多數(shù)SMN2的mRNA中由于選擇性剪接而跳過外顯子7。雖然SMN2仍然產(chǎn)生約10%的功能性SMN蛋白質(zhì)，但這不足以挽救絕大多數(shù)SMA患者。
Risdiplam（靶向SMN2的小分子藥物）、Nusinersen（靶向SMN2的ASO藥物）和Onasemnogene Abeparvovec（AAV基因療法）是三種獲得FDA批準(zhǔn)上市的SMA治療藥物，這些藥物已經(jīng)顯示出顯著的患者益處，對(duì)患有SMA的新生兒的生活產(chǎn)生了重大影響。盡管如此，這三種療法都存在一些問題，包括需要嚴(yán)格的劑量方案、存在副作用，以及長(zhǎng)期療效不佳。
2023年12月6日，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院和麻省總醫(yī)院的 Benjamin Kleinstiver團(tuán)隊(duì)在 Nature Biomedical Engineering 上發(fā)表了題為：Optimization of base editors for the functional correction of SMN2 as a treatment for spinal muscular atrophy 的研究論文。
該研究使用了基于SpCas9變體SpRY的腺嘌呤堿基編輯器（ABE8e-SpRY），逆轉(zhuǎn)了脊髓性肌萎縮癥（SMA）細(xì)胞和小鼠模型的SMN2基因的外顯子7的C6T（即A-to-G編輯），從而恢復(fù)SMN蛋白水平，提高了小鼠模型的體重、運(yùn)動(dòng)能力和存活率。
這些結(jié)果表明，使用堿基編輯或其他基于CRISPR的基因編輯技術(shù)來靶向SMN2基因特定位點(diǎn)并恢復(fù)SMN蛋白水平，可能有助于SMA患者的治療。
SMA病例的主要原因是SMN1基因的功能缺失突變，但SMN1并不是參與者，SMN2基因的拷貝數(shù)是SMA嚴(yán)重程度的重要影響因素。SMN2基因的外顯子7的第6位核苷酸的C-to-T轉(zhuǎn)換（簡(jiǎn)稱C6T）導(dǎo)致大多數(shù)SMN2的mRNA中由于選擇性剪接而跳過外顯子7，產(chǎn)生了無功能的SMN蛋白。因此，研究團(tuán)隊(duì)嘗試使用堿基編輯技術(shù)直接編輯SMN2基因，來恢復(fù)SMN蛋白。
早在2020年，Benjamin Kleinstiver 團(tuán)隊(duì)就在 Science 期刊發(fā)表論文，開發(fā)了一個(gè)SpCas9的變體——SpRY，它不再需要依賴特定的PAM序列，因此能夠識(shí)別并編輯基因組上幾乎任何位點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于SpRY的腺嘌呤堿基編輯器（ABE8e-SpRY），逆轉(zhuǎn)SMN2基因的外顯子7的C6T（即A-to-G編輯）。他們將這一編輯策略應(yīng)用于從SMA患者身上提取的成纖維細(xì)胞，顯著提高了SMN2的mRNA中外顯子7的保留，從而提高了SMN蛋白表達(dá)水平，而且沒有發(fā)現(xiàn)任何意外脫靶編輯。
然后，他們進(jìn)一步使用雙載體腺相關(guān)病毒（AAV），將gRNA和AB遞送到SMA小鼠模型體內(nèi)。在主要感興趣的組織中，檢測(cè)到平均約6%（大腦）和約4%（脊髓）的A-to-G編輯，這能夠使SMN的轉(zhuǎn)錄水平顯著增加2-4倍。該研究還顯示，更長(zhǎng)的隨訪時(shí)間會(huì)產(chǎn)生更高的堿基編輯水平。此外，與僅通過腦室內(nèi)注射相比，額外的靜脈注射能夠增加對(duì)肝臟和心臟組織中堿基編輯，而且，隨著時(shí)間的推移，這些治療的小鼠模型的體重、運(yùn)動(dòng)功能以及生存了都有了明顯改善，這說明了外周SMN蛋白的恢復(fù)對(duì)于SMA小鼠的表型恢復(fù)至關(guān)重要，可以增強(qiáng)其表型恢復(fù)。
所有這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿基編輯介導(dǎo)的對(duì)SMN2基因的外顯子7的C6T的精準(zhǔn)編輯，能夠顯著增加功能性SMN蛋白水平，從而為治療SMA提供了一種新的治療策略。從更廣泛的意義上說，這項(xiàng)工作證明了可以使用SpRY等適應(yīng)性強(qiáng)的CRISPR核酸酶對(duì)基因進(jìn)行精確修飾，這為使用這種方法治療其他疾病打開了新大門。
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