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注射病毒传递基因沉默体,可阻止神经ALS变性,保护运动功能

来源:nature作者:Marsala

ALS是一种神经退行性疾病,影响大脑和脊髓中的神经细胞。负责交流运动的运动神经元受到特别伤害,随后,肌肉控制力的逐渐丧失影响说话、进食、移动和呼吸的能力。每年有超过5000名美国人被诊断患有肌萎缩侧索硬化症,目前估计有30000人患有这种疾病。虽然对ALS有对症治疗,但目前还没有治愈方法。大多数病人在确诊后2-5年死于该病。

有两种类型的ALS,散发性和家族性。散发是最常见的形式,占所有病例的90%至95%。它可能影响任何人。家族性ALS占美国所有病例的5%到10%,是遗传性的。先前的研究表明,至少200个名为SOD1的基因突变与ALS有关。

SOD1基因通常用于制造一种称为超氧化物歧化酶的酶,该酶被广泛用于分解超氧自由基——作为正常细胞过程的副产物产生的有毒氧分子。先前的研究表明SOD1基因突变可能导致无效的超氧化物自由基的清除或产生其他导致运动神经元细胞死亡的毒性,导致ALS。

用病毒传递的shRNA使基因沉默来治疗遗传性神经退行性疾病,是一个很有希望的方法。

我们开发了一种膜下技术,在成年动物身上成功地将腺相关病毒AAV传递到整个颈、胸、腰椎以及脑运动中心。

新方法包括注射shRNA(一种能够沉默或关闭目标基因的人工RNA分子),shRNA通过无害的腺相关病毒传递给细胞。

在表达了由家族性肌萎缩侧索硬化症ALS引起的突变SOD1的小鼠发病前,在颈椎和腰椎位置进行一次性注射,可长期抑制运动神经元疾病,几乎完全保护脊髓α-运动神经元和肌肉神经重建。

其他早期的研究,包括在有症状的早期小鼠中,通过静脉或脑脊液引入沉默载体,但疾病进展虽然延迟,但仍在继续,小鼠很快死亡。

在这项新的研究中,单次膜下注射(在软脑膜下方,包裹大脑和脊髓的最内层膜),明显减轻了产生症状前的小鼠的神经退行性变,表现出正常的神经功能,没有发现疾病的发生。

这种功能效应与运动神经元和其他细胞(包括神经元和肌肉纤维之间的连接)的近乎完全保护有关。

在已经出现ALS样症状的成年小鼠中,对小鼠发病后进行治疗,注射有效地阻止了疾病进一步的发展和α-运动神经元的退化。

在这两种方法中,受影响的小鼠在整个研究过程中都没有副作用。

目前,这种治疗方法为突变的SOD1基因相关的ALS小鼠模型提供了最有效的治疗。

在成年猪或非人类灵长类动物中,使用一种新设计的装置,单次注射AAV9,可在整个颈脊髓白质、灰质和脑运动中枢产生均匀的传递。

在成年动物中, 对于贯穿脊髓和脊髓上运动中心的AAV介导的基因传递来说,脊膜下传递是非常有效的。

在成年动物中有效地将AAV9载体导入脊髓表明,使用这种新的导入方法将可能有效地治疗其他遗传性ALS或其他脊髓神经退行性疾病,这些疾病需要在脊髓实质中导入治疗基因或突变的基因沉默机制,如在C9或f72基因突变相关的ALS或在其他形式的溶酶体贮积病。

研究小组还在成年猪身上测试了注射方法的安全性和有效性,成年猪的脊髓尺寸与人类相似。他们发现,使用一种为成人开发的注射装置,可以可靠地进行手术,而且不会出现手术并发症。

虽然在治疗后一年多的时间里,在老鼠身上没有发现与治疗相关的可检测的副作用,但在更接近人类的大型动物物种中,安全性的定义是将这种治疗方法推向临床试验的关键一步。

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图1:SOD1G37R小鼠发病前,进行脊髓内SP-AAV9-shRNA-SOD1传输,阻断了疾病的发生,对运动功能形成长期保护。

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图2:   在发病前,用AAV9-shRNA-SOD1治疗SOD1G37R小鼠,阻断脊髓萎缩,抑制炎症改变和SOD1基因突变及蛋白质积累。



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参考文献

Spinal subpial delivery of AAV9 enables widespread gene silencing and blocks motoneuron degeneration in ALS

Mariana Bravo-Hernandez, Takahiro Tadokoro,Martin Marsala



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