使用新的基因编辑技术纠正肌肉干细胞的突变

一种新的基因编辑技术可用于纠正肌肉干细胞的突变，为第一个潜在的遗传性肌肉疾病细胞疗法铺平道路。由 Simone Spuler 教授领导的 ECRC 团队在“JCI Insight”杂志上发表了他们的研究结果。

肌肉干细胞使我们的肌肉能够通过锻炼在一生中建立和再生。但如果某些肌肉基因发生突变，就会发生相反的情况。在患有肌营养不良症的患者中，骨骼肌在儿童时期就已经开始衰弱。突然间，这些孩子不再能够跑步、弹钢琴或爬楼梯，而且他们通常在 15 岁之前依赖轮椅。目前，没有针对这种情况的治疗方法。

现在，我们能够使用 CRISPR-Cas9 技术访问这些患者的基因突变。我们在 Charité 的肌肉疾病门诊为 2,000 多名患者提供护理，并很快认识到新技术的潜力。”

研究人员立即开始与一些受影响的家庭合作，现已在JCI Insight杂志上发表了他们的研究结果。在所研究的家庭中，父母很健康，不知道他们拥有一个突变的基因。孩子们都从父母双方那里继承了疾病突变的副本。

编辑后的人类肌肉干细胞在小鼠体内发育成肌肉纤维

术语“肌营养不良症”用于指代大约 50 种不同的疾病。Spuler解释说：“它们都遵循相同的过程，但是由于不同基因的突变而有所不同。” “即使在基因内部，不同的位点也可以发生突变。” 在对所有患者进行基因组分析后，研究人员选择了一个家庭，因为该疾病的特殊形式：下肢带状肌营养不良症2D / R3相对常见，进展迅速，并具有适合“遗传剪刀”的对接位点到 DNA 上的突变。

在这项研究中，研究人员从一名 10 岁患者身上采集肌肉组织样本，分离出干细胞，在体外进行增殖，并使用碱基编辑替换突变位点的碱基对。然后他们将编辑过的肌肉干细胞注射到小鼠肌肉中，小鼠肌肉可以耐受外来的人类细胞。这些在啮齿动物中繁殖，大部分发育成肌肉纤维。“有了这个，我们第一次能够证明用健康的肌肉细胞代替患病的肌肉细胞是可能的，”斯普勒说。经过进一步的测试，修复后的干细胞将被重新引入患者体内。

基础编辑 - 一种复杂的技术

碱基编辑是 CRISPR-Cas9 基因编辑工具的一种更新且高度复杂的变体。而在“经典”方法中，两条 DNA 链都被这些分子剪刀切割，而用于碱基编辑的 Cas 酶只是从特定碱基上剪下残留的葡萄糖并附加不同的葡萄糖，从而在目标位置创建不同的碱基地点。“这个工具更像是镊子而不是剪刀，非常适合在基因中进行靶向点突变，”斯普勒团队的分子生物学家海伦娜埃斯科巴博士说。“这也是一种更安全的方法，因为不需要的变化极其罕见。在基因修复的肌肉干细胞中，我们没有目睹基因组意外区域的任何错误编辑。” Escobar是研究'

自体细胞疗法——包括去除患者自身的干细胞，在体外编辑它们，然后将它们注射回肌肉——不会让已经坐轮椅的患者再次行走。“我们无法修复已经萎缩并被结缔组织取代的肌肉，”斯普勒强调说。而且可以在体外编辑的细胞数量也是有限的。然而，该研究提供了第一个证据，证明一种治疗形式甚至可以用于治疗一组以前无法治愈的疾病，并且可以用于修复小肌肉缺陷，例如手指屈肌中的缺陷。

距离治疗更近一步

但这只是第一步。“下一个里程碑将是找到一种将碱基编辑器直接注射到患者体内的方法。一旦进入体内，它就会‘游动’一小会儿，编辑所有肌肉干细胞，然后迅速再次分解。 ” 该团队希望尽快在小鼠模型中开始第一次试验。如果这也行得通，那么未来可以对新生儿进行相应的基因突变测试，并且可以在需要编辑的细胞相对较少的时候启动治愈性治疗。

那么，具体而言，肌营养不良症的体内疗法会是什么样的呢?一段时间以来，科学家们一直在使用病毒载体对动物模型进行测试。然而，Helena Escobar 解释说，因为这些载体在体内停留的时间太长，误编辑和毒性作用的风险太高了。“另一种选择是使用包含信息的 mRNA 分子，供编辑器在体内合成工具，”分子生物学家说。“mRNA 在体内分解得非常快，因此治疗酶只能在短时间内保持活跃状态​​。” 如有必要，也可能重复治疗。“我们还不知道这是否需要一个涉及多种应用的治疗周期。”

这种治疗途径意味着，与自体细胞疗法不同，并非每个患者都需要单独治疗。对于每种形式的肌肉治疗，一个“工具”就足以在严重损伤发生之前治愈肌肉萎缩。但是，就目前而言，这还有很长的路要走。