研究人员试图利用基因编辑疗法攻克阿尔茨海默病

·“我相信，有一天我们将能够以像手术那样的精确度来改变致病基因。”

·“目前还没有在大脑中使用任何CRISPR技术的临床试验，首先需要奠定研究基础。”

当地时间11月16日，英国药品和医疗保健产品监管局（MHRA）宣布授权CRISPR/Cas9基因编辑疗法Casgevy（exa-cel）有条件上市，用于治疗镰状细胞病（SCD）和输血依赖性β地中海贫血（TDT）。当地时间12月8日，美国食品药品监督管理局（FDA）批准其用于治疗SCD。当地时间12月15日，欧洲药品管理局（EMA）也批准其上市，用于治疗SCD和TDT。

现在，研究人员希望使用CRISPR/Cas9基因编辑疗法来治疗阿尔茨海默病（AD）。当地时间12月11日，《自然》（Nature）杂志发表一篇题为《CRISPR基因编辑如何帮助治疗阿尔茨海默症》（How CRISPR gene editing could help treat Alzheimer’s）的文章，试图探讨利用CRISPR疗法治疗阿尔茨海默病的可能性。

“CRISPR疗法可能是一种一劳永逸的治疗方法，没有其他药物可以与之匹敌。”美国加州大学圣地亚哥分校（the University of California, San Diego）的神经科学家苏博吉特·罗伊（Subhojit Roy）说，“在这些疗法能够用于治疗如此复杂的疾病之前，还有很长的路要走。使用目前的技术，在大脑中剪切和粘贴基因非常困难。”

改变APOE4或PSEN1

据文章介绍，全球已有超过55万人受到痴呆影响，预计到2050年这一数字将增加近两倍。阿尔茨海默病是最常见的痴呆形式，它同时也是一种复杂的疾病。

“我们并不完全了解大脑是如何工作的，这使得理解和治疗阿尔茨海默病等脑部疾病面临巨大挑战。”在英国爱丁堡大学（the University of Edinburgh）研究神经退行性疾病的泰拉·琼斯（Tara Spires-Jones）说。

《自然》文章指出，阿尔茨海默病的大部分研究都是由淀粉样蛋白假说驱动的，该假说认为阿尔茨海默病的主要致病因素是大脑中β淀粉样蛋白积累，最终形成斑块。淀粉样斑块触发另一种称为“tau”的脑蛋白聚集在一起，并在神经元内扩散。通常在这个过程中，记忆力减退等症状开始出现。tau蛋白越多，症状越严重。

治疗阿尔茨海默病的抗体药物Aducanumab 和 Lecanemab就靶向淀粉样蛋白，临床试验显示它们可以减缓某些人的认知能力下降。这两种药物都已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，但对其安全性和有效性的担忧仍然存在。

CRISPR基因编辑可以提供一种替代治疗。基因编辑是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。

与迟发性阿尔茨海默病相关的一个基因是载脂蛋白E（APOE），它编码大脑中的脂质转运蛋白，可能影响神经元对tau蛋白的摄取。具有APOE4 基因突变的人患阿尔茨海默病的风险最高，而具有APOE2 和APOE3 基因突变的人分别处于中度和低度风险。拥有一个APOE4 拷贝会使一个人患阿尔茨海默病的风险增加3倍，拥有两个APOE4 拷贝会使该风险增加12 倍。

在2019年发表于《自然-医学》（Nature Medicine）的一篇论文中，研究人员在一名女性身上发现了一种名为Christchurch 的罕见APOE 变体，她在生命早期具有遗传倾向，但在70多岁之前没有表现出任何症状。

美国格拉德斯通研究所（Gladstone Institutes in San Francisco, California）的神经病理学家黄亚东和他的同事使用CRISPR系统将Christchurch基因突变改造成携带人类APOE4 的小鼠，然后让这些小鼠进行杂交，产生具有一个或两个拷贝的工程变体的后代。

在11月13日发表于《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）的一项研究中，研究小组发现，具有一个APOE4-Christchurch 变体拷贝的小鼠对阿尔茨海默病有部分保护作用，而具有两个拷贝的小鼠没有表现出预期的迹象。

“我们的研究表明，通过模仿Christchurch突变的有益影响，可以对APOE4 相关的阿尔茨海默病进行潜在的治疗干预。”黄亚东说。

《自然》文章提到，基因编辑的另一个潜在靶点是一种叫做早老蛋白-1（PS1）的蛋白质，它对于参与β淀粉样蛋白产生的酶（称为γ-分泌酶）的制造至关重要。PSEN1（编码PS1的基因）的突变增加了大脑中产生有毒的β淀粉样蛋白 42的数量，并且与早发性阿尔茨海默病有关。

2022年发表在《分子治疗-核酸》（Molecular Therapy Nucleic Acids）上的一项概念验证研究中，科学家们使用CRISPR系统来切割并破坏人类细胞中PSEN1 基因的突变版本。该团队能够破坏培养细胞中一半的突变PSEN1基因，使PS1和β淀粉样蛋白 42的数量整体减少。

“这种方法非常适合降低有毒蛋白质的水平，因为其中的基因突变参与有毒蛋白质的生产。”文章共同作者、在加拿大多伦多大学研究神经毒性机制的马丁·英格尔森（Martin Ingelsson）说道。

该团队现在正在尝试使用一种称为先导编辑的超精确基因编辑技术，该技术可以替换单个DNA碱基对。“我相信，有一天我们能够以像手术那样的精确度来改变致病基因。”英格尔森说。

安全性问题和成本高昂的挑战

这些策略在早期研究中显示出前景，但CRISPR基因编辑疗法还有很长的路要走。与任何新疗法一样，必须解决安全问题。“基因编辑并不总是完美的。可能会有脱靶效应，包括健康基因突变或整个染色体受损。”琼斯说。

罗伊对此表示赞同。他说，使用细胞和动物模型在CRISPR系统上进行实验是一回事，但将阿尔茨海默病的基因编辑策略带到临床上则是另一回事。“目前还没有在大脑中使用任何CRISPR技术的临床试验，首先需要奠定研究基础。”

罗伊和他的同事们正在尝试继续进行研究。在使用 CRISPR 系统编辑阿尔茨海默病相关基因APP的动物研究成功之后，研究人员已获得美国国立卫生研究院（NIH）的资助，将研究推进到临床前阶段，其中包括弄清楚哪种基因编辑系统最适合在人脑中使用。

罗伊表示，“希望有一天，神经科医生在研究阿尔茨海默病患者时会开出一次性CRISPR注射剂，也许可以与其他基于抗体的疗法相结合。”

此外，与其他基因疗法一样，高昂的治疗成本可能会带来进一步挑战。加拿大多伦多大学（the University of Toronto）研究阿尔茨海默病蛋白质功能的杰罗德·施密特-乌尔姆斯（Gerold Schmitt-Ulms）说，“按照目前该领域的创新速度，变革性治疗的出现只需要几年的时间，届时，最大的挑战将是向大众提供这些个性化且昂贵的治疗方法。”

参考资料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-03931-5