用新的基因編輯技術糾正肌肉乾細胞的突變

一種新的基因編輯技術可以用來糾正肌肉乾細胞的突變，為基因肌肉疾病的第一次潛在細胞治療鋪平了道路。由Simone Spuler教授領導的ECRC小組在近期的《JCI Insight》雜誌上發表了他們的發現。

肌肉乾細胞使我們的肌肉能夠通過運動建立和再生。但是，如果某些肌肉基因發生突變，則會發生相反的情況。在患有肌營養不良症的患者中，骨骼肌在兒童時期已經開始減弱。突然間，這些孩子不再能夠跑步、彈鋼琴或爬樓梯，而且他們往往在15歲時就依賴輪椅。目前，這種情況沒有好的方法。

現在，我們可以使用CRISPR-Cas9技術獲取這些患者的基因突變。我們在Charité門診照顧2,000多名肌肉紊亂患者，並迅速認識到這項新技術的潛力。

Simone Spuler教授，實驗和臨床研究中心(ECRC)肌肉實驗室主任

研究人員立即開始與一些受影響的家庭合作。在研究的家庭中，父母都很健康，不知道他們有一個突變的基因。孩子們則都從父母那裡遺傳了一份疾病突變的基因副本。

肌肉乾細胞在小鼠體內發育成肌纖維

「肌肉營養不良症」一詞指的是大約50種不同的疾病。「他們都採取相同的過程，但由於不同基因的突變不同，」Spuler解釋說。「甚至在基因內部，不同的位點也會發生變異。」在對所有患者進行基因組分析後，研究人員選擇了一個家族，因為他們是這種疾病的特殊形式：肌營養不良症2D/R3比較常見，進展迅速，並且有一個與DNA突變接近的「基因剪刀」的合適的停靠點。

為了進行這項研究，研究人員從一名10歲的病人身上抽取肌肉組織樣本，分離幹細胞，體外擴增這些幹細胞，並利用編輯來取代突變位點上的一對鹼基。然後，他們將編輯過的肌肉乾細胞注射到小鼠肌肉中，這些肌肉可以耐受外來的人類細胞。它們在嚙齒類動物中繁殖，大部分發育成肌肉纖維。「有了這個，我們第一次證明了用健康的肌肉細胞代替患病的肌肉細胞是可能的，」Spuler說。經過進一步的測試，修復後的幹細胞將重新引入病人。

基礎編輯-一種複雜的技術

基礎編輯是CRISPR-Cas9基因編輯工具的更新和高度複雜的變體.在「經典」方法中，這兩條DNA都是用這些分子剪刀剪斷的，而用於鹼基編輯的CAS酶只是從某個特定的鹼基中截取殘餘的葡萄糖，並附加一個不同的鹼基，從而在靶部位形成一個不同的鹼基。Spuler團隊的分子生物學家海倫娜·埃斯科巴博士說：「這個工具更像鑷子，而不是剪刀，對於基因的定點突變來說是完美的。」「這也是一種安全得多的方法，因為不想要的改變是極其罕見的。在基因修復的肌肉乾細胞中，我們沒有看到在基因組的非預期區域出現任何錯誤編輯。」Escobar是這項研究的主要作者，也是開發肌肉細胞技術的人。

自體細胞療法--包括移除患者自身的幹細胞，在身體外編輯幹細胞，然後將它們注射回肌肉--將不會讓已經坐輪椅的患者再次行走。「我們無法修復已經萎縮並被結締組織所取代的肌肉，」Spuler強調。而且可以在體外編輯的細胞數量也是有限的。然而，這項研究提供了第一個證據，證明一種治療方式甚至可以治療一組以前無法治癒的疾病，並且可以用於修復小的肌肉缺損，如指屈肌的缺損。

接近治癒的一步

但這只是第一步。「下一個里程碑將是找到一種將基本編輯器直接注射到病人體內的方法。一旦進入人體，它就會『游』一會兒，編輯所有的肌肉乾細胞，然後迅速再次崩潰。」這個團隊希望很快在老鼠模型上開始第一次試驗。如果這也有效的話，新生兒可以在未來進行相應的基因突變測試，並且可以在需要編輯的細胞相對較少的時候開始治療。

那麼，在體內治療肌肉營養不良症的具體方法是什麼呢？這是科學家們用病毒載體在動物模型上試驗了一段時間的東西。然而，海倫娜·埃斯科巴解釋說，由於這些媒介在體內停留的時間太長，編輯錯誤和毒性影響的風險太大。這位分子生物學家說：「另一種選擇是讓mRNA分子包含編輯在體內合成工具的信息。」「mRNA在體內迅速分解，因此治療酶只能在短時間內保持活性狀態。」如果有必要的話，這種治療可能也可以重複。「我們還不知道這是否需要一個涉及多個應用的治療周期。」

這一治療途徑意味著，與自體細胞療法不同，並不是每個患者都需要單獨治療。對於每一種形式的肌肉治療，一個「工具」將足以治癒肌肉萎縮，甚至發生重大損害。但是，就目前而言，這仍是很長的路要走。

更多內容：Escobar, H., et al. (2021) Base editing repairs an SGCA mutation in human primary muscle stem cells. JCI Insight. doi.org/10.1172/jci.insight.145994.

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