衰老是導(dǎo)致包括心臟病、癌癥和阿爾茨海默病在內(nèi)的許多衰竭性疾病的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。這使得對(duì)抗衰老療法的需求變得更加迫切。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)沙克生物研究所的研究人員開發(fā)出一種新的基因療法來幫助減緩這種衰老過程。相關(guān)研究結(jié)果于2019年2月18日在線發(fā)表在Nature Medicine期刊上，論文標(biāo)題為“Single-dose CRISPR–Cas9 therapy extends lifespan of mice with Hutchinson–Gilford progeria syndrome”。

這些研究結(jié)果重點(diǎn)介紹了一種新的CRISPR/Cas9基因組編輯療法。它能夠抑制哈欽森-吉爾福德早衰癥綜合征(Hutchinson-Gilford progeria syndrome)小鼠模型中觀察到的加速衰老。作為一種罕見的遺傳疾病，哈欽森-吉爾福德早衰癥綜合征也折磨著人類。這種療法對(duì)參與加速衰老的分子通路以及如何通過基因療法減少有毒蛋白積累提供了重要見解。

論文通訊作者、沙克生物研究所基因表達(dá)實(shí)驗(yàn)室教授Juan Carlos Izpisua Belmonte說，“衰老是一種復(fù)雜的過程，在這種過程中，細(xì)胞開始失去它們的功能，因此找到有效的方法來研究衰老的分子驅(qū)動(dòng)因素對(duì)我們來說至關(guān)重要。早衰癥是一種理想的衰老模型，這是因?yàn)樗试S我們?cè)O(shè)計(jì)干預(yù)措施，對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化并再次快速測(cè)試。”

由于早期發(fā)作和快速進(jìn)展，早衰癥是由LMNA基因突變引起的一組退行性疾病中的最嚴(yán)重形式之一。患有早衰癥的小鼠和人類都表現(xiàn)出許多衰老的跡象，包括DNA損傷、心臟功能障礙和壽命顯著縮短。LMNA基因通常在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生兩種相似的蛋白：核纖層蛋白A(lamin A)和核纖層蛋白C(lamin C)。早衰癥將核纖層蛋白A的產(chǎn)生切換到早衰蛋白(progerin)的產(chǎn)生。早衰蛋白是核纖層蛋白A的一種縮短的有毒形式，它隨著年齡的增長(zhǎng)而累積，并且在早衰癥患者中加劇產(chǎn)生。

論文共同第一作者、Izpisua Belmonte實(shí)驗(yàn)室研究員Hsin-Kai Liao說，“我們的目標(biāo)是減少LMNA基因突變導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的早衰蛋白積累而產(chǎn)生的毒性。我們推斷早衰癥可通過CRISPR/Cas9靶向破壞核纖層蛋白A和早衰蛋白來加以治療。”

這些研究人員利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)將基因療法遞送到表達(dá)Cas9的早衰癥小鼠模型的細(xì)胞中。為此，他們采用了含有兩種合成向?qū)NA(gRNA)和一種報(bào)告基因的腺相關(guān)病毒(AAV)。gRNA引導(dǎo)Cas9蛋白到達(dá)DNA上的特定位點(diǎn)，在那里，它能夠進(jìn)行切割，使得核纖層蛋白A和早衰蛋白失去功能，同時(shí)不會(huì)破壞核纖層蛋白C。這種報(bào)告基因有助于他們追蹤受到AAV感染的組織。

在遞送這種基因療法兩個(gè)月后，這些小鼠變得更強(qiáng)壯和更活躍，而且它們的心血管健康得到改善。它們表現(xiàn)出下降的主要?jiǎng)用}血管退化和延遲的心跳過緩(bradycardia)發(fā)作---在早衰癥和老年時(shí)常見的兩個(gè)問題?？傮w而言，這些接受治療的早衰癥小鼠具有與正常小鼠相似的活動(dòng)水平，而且它們的壽命增加了大約25%。

論文共同作者、Izpisua Belmonte實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Pradeep Reddy說，“一旦我們改進(jìn)了我們的病毒感染多種組織的效率，我們就對(duì)我們將能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命充滿信心。”

總之，這些研究結(jié)果表明使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)靶向核纖層蛋白A和早衰蛋白能夠顯著改善早衰癥小鼠的生理健康和壽命。這些結(jié)果為科學(xué)家們最終如何能夠靶向人類中衰老的分子驅(qū)動(dòng)因素提供了重要的新見解。

未來的研究工作將集中在讓這種療法更有效，并將對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)以便用于人體中。當(dāng)前還沒有治愈早衰癥的方法，但可控制它的癥狀和治療它的并發(fā)癥。

Izpisua Belmonte說，“這是基因編輯療法首次應(yīng)用于治療早衰綜合征。它需要一些優(yōu)化，但是相比于其他可用的治療方案，它的不良影響要小得多。這對(duì)于治療早衰癥來說是一個(gè)令人興奮的進(jìn)步。”

與此同時(shí)，在另一項(xiàng)新的研究中，西班牙奧維耶多大學(xué)的José M. P. Freije、Carlos López-Otín及其團(tuán)隊(duì)開也發(fā)出一種基于CRISPR/Cas9的療法來治療哈欽森-吉爾福德早衰癥綜合征。對(duì)這種療法的測(cè)試結(jié)果表明，它通過在LMNA基因中引入移碼突變(frameshift mutation)逆轉(zhuǎn)了在哈欽森-吉爾福德早衰癥綜合征小鼠模型和來自患上這種疾病的患者的細(xì)胞中發(fā)生的一些有害變化。相關(guān)研究結(jié)果于同日在線發(fā)表在Nature Medicine期刊上，論文標(biāo)題為“Development of a CRISPR/Cas9-based therapy for Hutchinson–Gilford progeria syndrome”。