Nature Medicine：反义寡核苷酸可以安全地抑制突变的ALS基因

使用短、合成链RNA的核苷酸化学修改工程疗法研究所陈马塞诸斯州大学医学院DPhil,医学博士罗伯特·h·布朗Jr。乔纳森·瓦茨博士和他的同事已经证明能够抑制突变形式的同一病人的ALS基因称为C9ORF72试点研究。C9ORF72是家族性肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和家族性额颞叶痴呆(FTD)最常见的病因。该研究结果发表在《自然医学》杂志上，有可能促进ALS、FTD和其他神经退行性疾病的治疗研究。

该疗法使用一种反义寡核苷酸(ASO)注射到椎管中，导致试验对象脊髓液中与als相关的神经毒素，即二肽重复蛋白(DPRs)显著减少。在试验过程中，受试者的肌萎缩侧索硬化症功能评分和其他影响指标基本稳定或略有改善。该患者在治疗前一直感到腿部和双脚无力，治疗没有神经或医学上的不良反应。

反义寡核苷酸是短的，合成的，单链寡核苷酸，可以改变RNA和减少，恢复或修改蛋白表达。本研究中使用的ASO通过与信使RNA (mRNA)链结合来阻止基因表达。一旦这种结合发生，这种混合序列就被细胞内的酶靶向并自然降解。

瓦茨博士是RNA疗法的副教授，也是《自然医学》(Nature Medicine)研究的主要作者之一。他说，开发反义寡核苷酸来治疗ALS和其他神经退行性疾病的吸引力在于它的简单性。aso本质上是抗信使RNA的药物。利用你想要靶向的基因序列，你可以设计一个反义寡核苷酸序列，与mRNA结合，这样突变蛋白就不会产生，”瓦茨解释说。“一旦你确定了如何将ASO传递到特定类型的细胞，理论上它应该可以重复用于其他神经退行性疾病。你所需要改变的只是核苷酸序列。”

通过从细胞中消除致病蛋白质，科学家们相信这种策略有可能阻止甚至逆转疾病的发展。到目前为止，四种aso介导的疗法已经获得了美国食品和药物管理局的批准。三种是治疗杜氏肌营养不良症，一种是脊髓性肌萎缩症。

肌萎缩性侧索硬化症是一种进行性的神经退行性疾病，它会导致控制随意肌的运动神经元的丧失。大约10%的肌萎缩性侧索硬化症是家族性的——遗传自父母——由人的DNA基因突变引起。其余90%的病例被归类为散发病例，发生在没有家族病史的病例中。据估计，美国每年有6000人被诊断出患有肌萎缩性侧索硬化症。肌萎缩性侧索硬化症中运动神经元死亡的原因尚不完全清楚，但这种神经退化被认为涉及一系列复杂的细胞和分子过程。

《自然医学》杂志研究的目标C9ORF72基因的突变，在ALS家族性病例中占40%，在非家族性病例中占10%。这些突变还导致约25%的FTD家族病例。这种重叠是很重要的，因为它是最早确定的ALS和FTD之间的致病机制之一。研究还表明，类似的治疗策略有可能治疗这两种疾病。

患有C9ORF72突变的ALS患者在他们的C9ORF72基因序列中有一个6个字母的核苷酸串GGGGCC异常长重复模式。在一个没有这种突变的人身上，这种重复通常少于20-30次。但在有这种突变的人身上，这种重复可以发生数百次。这种重复的序列干扰了C9ORF72蛋白的正常表达，并额外产生被称为双肽repat蛋白的神经毒素。

尽管科学家们长期以来一直认为，敲除导致神经退行性疾病的单基因突变可能有治疗效果，但事实证明，要安全有效地将寡核苷酸药物输送到神经元中是困难的。在某些情况下，治疗的发展也受到阻碍，因为需要消除突变蛋白，同时留下足够的功能性蛋白质供细胞生长。

瓦茨说:“我们不能仅仅从神经元中消除所有的C9ORF72蛋白质，因为这有伤害细胞的风险。”“任何潜在的治疗方法都需要在靶向上有更多的选择性。”

为了做到这一点，Watts和Brown针对C9ORF72基因的两种特定的异构体，它们可以产生有毒的DPR，并确定了几个能降低DPR水平的ASOs。一旦发现ASO, Watts就对ASO脊椎骨进行了改良，以提高其在大脑和脊髓中的安全性、分布和稳定性。美国瓦茨定义了各种磷酸盐和糖基的组合，使aso能够被细胞有效和安全地吸收。“我们使用了一种‘裸’寡核苷酸，”瓦茨说。“由于我们使用的化学修饰模式不需要运载工具，我们可以直接将ASO注入脊髓液。”

布朗说:“这项研究提供了一个概念证明，即人体ASO疗法可以有效和安全地抑制含有C9ORF72蛋白的扩张水平。”也就是说，这种干预不仅针对突变等位基因，而且针对由该等位基因产生的不良转录本和DPRs。这是人类C9ORF72 DPR抑制的首次报道。我们的研究结果强烈支持抑制突变体C9ORF72的表达是可能的，应该进一步进行临床研究。”