JCI：再取进展！杨辉等多团队合作发现治疗杜氏肌肉营养不良症的潜在新方法

大约10%的单基因疾病是由无义点突变引起的，这些无义点突变产生过早终止密码子(PTCs)，导致蛋白质截断和突变mRNA的无义介导衰变。

2022年12月13日，辉大基因，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，上海市脑科学与脑智能研究中心及福建医科大学等多单位合作，杨辉，Xu Chunlong，陈万金及王柠共同通讯在Journal of Clinical Investigation （IF=19）在线发表题为“Mini-dCas13X-mediated RNA editing restores dystrophin expression in a humanized mouse model of Duchenne muscular dystrophy”的研究论文，该研究表明Mini-dCas13x介导的RNA编辑恢复了杜氏肌肉营养不良症人源化小鼠模型中肌萎缩蛋白的表达。该研究展示了一种Mini-dCas13x介导的RNA腺嘌呤碱基编辑(mxABE)策略，通过A-to-G编辑在基因人源化的杜氏肌肉营养不良(DMD)小鼠模型中治疗无义突变相关的单基因疾病。最初，作者在一名患者的DMD基因中发现了一个无意义点突变(c.4C>T, p.Gln1392*)，并在人源化小鼠中验证了其致病性。在该模型中，单个腺相关病毒(AAV)包装的mxABE在体内达到了高达84%的A-to-G编辑率，这与之前使用其他RNA编辑方式的研究报告的比率相比至少高出20倍。

mxABE通过在多个肌肉组织中读取PTCs，将抗肌萎缩蛋白的表达恢复到野生型(WT)水平的50%以上。重要的是，通过AAV全身给药mxABE还分别将膈肌、胫前肌和心肌中的肌营养不良蛋白表达平均恢复到WT水平的37%、6%和54%，并恢复了肌肉功能。总之，该研究数据有力地表明，基于mxABE的策略可能是一种可行的治疗DMD和其他单基因疾病的新方法。

另外，2022年8月11日，辉大基因/中国科学院神经研究所/上海脑科学与类脑研究中心杨辉团队（辉大基因为第一单位）在Nature Biotechnology （IF=68）在线发表题为“High-fidelity Cas13 variants for targeted RNA degradation with minimal collateral effects”的研究论文，该研究设计了一个双荧光报告系统，用于检测哺乳动物细胞中的旁切效应和筛选 Cas13 变体。 在 200 多种工程变体中，包括 Cas13d 和 Cas13X 在内的几种 Cas13 变体表现出有效的靶向活性，但旁切活性显著降低。此外，这些变体不存在由 Cas13 诱导的转录组范围的脱靶和细胞生长停滞。高保真 Cas13 变体显示出与野生型 Cas13 相似的 RNA 敲低活性，但在转基因小鼠或腺相关病毒介导的体细胞靶向中没有可检测到的旁切损伤。因此，具有最小旁切效应的高保真 Cas13 变体现在可用于基础研究和治疗应用中的 RNA 靶向降解。

大多数单基因疾病是由点突变引起的，突变中约50%可以通过腺嘌呤碱基编辑器 (ABE)的A-G转换逆转。具体来说，A-to-G转换可以通过将过早终止密码子(PTCs)转换为非终止密码子来恢复蛋白质表达，从而实现PTCs读通。引入PTCs、UAG、UGA和UAA的无义突变约占单基因疾病的10%。

尽管碱基编辑器来自于切割酶Cas9，已被证明可以纠正一些单基因突变，但这些蛋白质通常太大，无法通过单个AAV载体在体内有效递送，其最大负载大小仅为4.7 kb。鉴于RNA编辑活性的相对较小的尺寸和可逆性，灵活的RNA碱基编辑工具最近已成为大量开发工作的焦点，产生了REPAIR、RESTORE、LEAPER、mxABE和其他系统。虽然目前仅作为有效的研究工具使用，但RNA碱基编辑的潜在临床应用已被提出作为单基因疾病的个性化基因治疗。

系统mxABE治疗后6周恢复肌营养不良蛋白表达和肌肉功能（图源自Journal of Clinical Investigation  ）

在单基因退行性肌肉疾病中，杜氏肌肉营养不良(DMD)是第二大常见的遗传性肌肉疾病，但DMD 仍然缺乏有效的治疗方法，而且通常是致命的。据统计，人类DMD疾病中60-70%是由DMD基因的外显子缺失引起的，而~10%的病例是由无义点突变引入PTCs引起的，其中40%是UAG, 39%是UGA, 21%是UAA PTCs。

最近的一项研究表明，RNA碱基编辑器确实可以恢复无义突变诱导的X-连锁肌肉营养不良(mdx)小鼠肌营养不良蛋白的表达。然而，在这项研究中，他们只实现了有限的肌萎缩蛋白表达，而且，在治疗小鼠中，没有观察到受损肌肉功能的缓解。尽管如此，这些结果验证了RNA编辑模式靶向无义突变诱导的PTCs，并鼓励开发更有效的方法来潜在地治疗单基因疾病，如DMD。

在这里，该研究验证了其收治的一名DMD 患者中发现的一种致病性无义突变，并建立了DMD的人源小鼠模型，研究RNA碱基编辑在挽救DMD相关表型方面的效率。使用封装在AAV中的紧凑mxABE碱基编辑器，该研究证明了抗肌萎缩蛋白的表达可以通过局部或全身给药在多个肌肉组织中恢复，这表明该系统有潜力治疗由PTCs引起的单基因疾病。

原文链接：

https://www.jci.org/articles/view/162809