自闭症的基因治疗（1）：CRISPR基因编辑技术治疗天使综合征在小鼠模型上取得突破性进展

原创 Angie V. Askham  小丫丫自闭症  

前   言

基因治疗技术无疑是现在最热门的生物学领域之一，其中基于CRISPR的基因编辑技术获得了2020年的诺贝尔奖。人们对这个技术在医疗上的应用有着很大的憧憬。但是，基因治疗无论在临床应用上，还需要更多的突破，在伦理上也存在一定的挑战。

基因治疗，首先需要明确基因基础。本文报道的天使综合征，具有明确的基因基础，获得了突破性进展。但是，其潜在的安全性，依然是问题。而对大多数自闭症类型，依然没有明确的基因基础。

对于自闭症的基因治疗，可以期待，但是不能等待（果壳网说的“基因治疗破解自闭症”哪里错了？）。

只希望，这些严肃的研究成果，不要被某些自媒体带节奏，或者被某些医疗机构忽悠的基础。

——美国丫丫爸爸

作者简介

Angie Voyles Askham

Angie Voyles Askham是Spectrum团队中专门报道自闭症研究的记者。在2020年加入Spectrum之前，Angie是西雅图的一位广播记者。Angie也在学术期刊领域工作过，包括《自然》杂志的市场和新闻部门。Angie获得纽约大学神经科学博士。

根据一项最新的研究（译注：《自然》杂志2020年11月9日论文），使用CRISPR技术，在小鼠的胚胎和新生小鼠中进行DNA编辑，能够有效地纠正造成天使综合征的基因变异，从而预防小鼠出现天使综合征的相关症状。研究者表示，这个效果目前持续了至少17个月，而且可能是永久性的治疗。

哥伦比亚大学的精神病学教授Steven Kushner说，“这个结果令人振奋。”Kushner教授并没有参与这项研究。

天使综合征一般是由于UBE3A基因的变异或者缺失造成的。人类有两个拷贝——分别来自于父母亲——但是一般情况下，只有遗传自母亲的那份拷贝，才能在神经元中激活。母亲遗传的UBE3A基因发生变异，致使UBE3A蛋白无法在大脑中表达，就造成了天使综合征的核心症状：发育迟缓，运动障碍，语言能力不足，癫痫，以及很常见的自闭症症状。

激活原本沉默但未变异的来自父亲的遗传拷贝，可以促使UBE3A蛋白在患有天使综合征的小鼠模型中表达，从而改善天使综合征症状。但是，这种疗效会随时间慢慢消失，需要将药物重复注射入脊髓液或者大脑中。

北卡大学教堂山分校的细胞生物学和生理学教授，Mark Zylka领导了这项研究。他透露，仅仅注射了两次，这个新的治疗方案就产生了效果。

一般情况下，细胞内存在一段DNA来源的“反义RNA”， “反义RNA”阻断父系遗传的UBE3A的蛋白表达。研究的目的，是使用CRISPR-Cas9蛋白酶，切断并编辑这段DNA（从而激活父系来源的UBE3A蛋白表达）。在体外培养的人类神经元细胞中，这个技术同样能够激活遗传自父亲的UBE3A拷贝，这就意味着，这个治疗在人体中可能也会成功。

接受治疗的小鼠，没有表现出任何副作用，也没有出现多余的变异。但是，其他研究者担心，这个技术可能还会存在着“脱靶效应”的风险（译注：“脱靶效应”在生物医学应用上指的是，通过药物或一些手段修复某个基因点目标，可是却连带着失误作用了别的基因位点，偏移于预先设定的目标，类似打靶时脱靶的效果），从而造成新生儿缺陷或者癌症。

Kusher教授指出，“由于这种担心，迄今为止，在人体中使用CRISPR依然需要非常非常小心。”

无害病毒作为载体

Zylka研究小组使用修饰过的病毒作为载体，将用于基因编辑的蛋白酶导入小鼠的皮质神经元。他们测试了260个不同的“向导RNA”片段，从而找到了最合适的，能够将蛋白酶引入染色体的靶向区域，而不影响其他的基因，以减少“脱靶效应”。

研究小组分两次将治疗药物注射入天使综合征小鼠的大脑中，第一次是当小鼠还在子宫里的时候，第二次是小鼠出生后的第一天。

研究者发现，仅仅经过两次注射，药物就进入了发育中的小鼠大脑的各个皮质层。研究者检测了包括小脑在内的各个大脑区域，发现遗传自父亲的UBE3A被激活，并一直持续到小鼠17个月龄（译注：实验小鼠一般寿命在1.5-2岁，17月龄即意味着小鼠生命终末期，相当于人类老年阶段）。他们相信，这个效果的持续时间会更长。

Zylka教授指出，大量的数据显示，他们试验中用的病毒，能够整合进入染色体中，给动物的DNA带来永久的改变。一旦植入成功，病毒携带的染色体片段就能够影响与其邻近的基因。

在这种情况下，病毒的染色体就包含了诱导其他核苷酸（核苷酸是基因的组成单元）的信息，进而影响到信使RNA。这段新加入的染色体能够导致反义RNA失活，从而激活遗传自父亲的UBE3A基因。

研究者在10月发表于《自然》杂志（在线）的结果表明，药物注射能够防止天使综合征的小鼠出现相应的症状。治疗后小鼠的后腿抓握行为降低，这种行为相当于自闭症人士的重复刻板行为。当实验小鼠置于开放场实验时，与对照组小鼠相比，治疗后的小鼠也更多地进入场地中央，这表明，它们的焦虑程度是降低的。在运动协调的测试中，治疗后的小鼠也表现得更好。

与正常的小鼠相比，天使综合征模型小鼠的大脑更小，而在其接受治疗后，至少部分小鼠大脑增大了。

但是，这个治疗并没有预防天使综合征所有的症状：小鼠依然表现出掩埋玻璃珠行为（一种重复性的行为），而且只有雌性小鼠的过度肥胖症得到改善。

保持开放的态度

这个治疗可能并没作用到所有的细胞，从而没能阻断所有的症状。研究者发现，在治疗的小鼠中，UBE3A只在大概58%的皮质神经元中得到表达，而普通小鼠中，所有的神经元细胞都能够表达UBE3A蛋白。

康涅狄格大学法明顿分校的遗传和基因组学副教授Stormy Chamberlain认为，这种情况也有可能是，各个症状的治疗时间窗口不一样造成的。Stormy Chamberlain教授没有参与这项研究。之前有研究显示，UBE3A被激活得越早，天使综合征的症状就越容易得到改善。

Chamberlain指出，进一步的研究或许能够提升小鼠的治疗效果，但是，这个方法在人体应用可能还为时过早，因为活性的CRISPR蛋白酶可能会切割DNA中一些不可预知的片段。

但是，她坚持说，尽管如此，“对这项成果应该保持开放的态度，并且去尝试这些效果和风险看起来都十分强大的方法。”

天使综合征的其他基因治疗方法也出现了安全问题。在一个正在进行的临床试验中，由于造成天使综合征儿童的腿部力量减弱，而被迫终止。这个临床试验是使用改进的RNA来激活遗传自父亲的UBE3A基因。但是研究者希望，他们能够调整药物剂量而很快重新开始新一轮的临床试验。（敬请期待“自闭症的基因治疗（2）”）

Zylka和他们的同事正在试图进行另一项相对安全的基于CRISPR的试验。在这个新的CRIPSR方法中，不进行DNA的切割，但是依然可以激活遗传自父亲的UBE3A，因此更为安全。

参考文献

1. Wolter J.M. et al. Nature Epub ahead of print (2020) PubMed 

2. Huang H.S. et al. Nature 481, 185-189 (2011) PubMed 

3. Meng L. et al. Nature 518, 409-412 (2015) PubMed 

原文发表于美国西蒙基金会网站，小丫丫自闭症项目获得该网站授权翻译

翻译：丫丫爸爸

小丫丫自闭症项目声明

小丫丫自闭症项目并不完全同意文章的观点，但是，本着尊重原作者，尊重西蒙基金会的原则，我们忠实翻译全文。——美国丫丫爸爸2020年于美国圣路易斯。