引言
杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy, DMD)是一种残酷的遗传病:许多患儿在童年早期还能奔跑、跳跃,随后逐渐出现起立困难、步态异常、肌肉无力,最终累及呼吸和心脏功能。问题的根源,往往不是“肌肉不够努力”,而是一个超大的基因:DMD基因,因为突变而无法生产足够的抗肌萎缩蛋白(dystrophin)。
6月10日,《Cell》的研究报道“Long-term reversal of Duchenne muscular dystrophy via circular arRNA-guided exon skipping in monkeys and humans”,提出了一种颇有想象力的策略:不直接改DNA,也不反复给短寡核苷酸药物,而是用环状ADAR招募RNA(circular ADAR-recruiting RNA, circ-arRNA)引导细胞内源性ADAR,在RNA层面诱导外显子跳跃(exon skipping),让原本“读错行”的DMD转录本重新恢复读码框。
DMD的核心难题:不是少了一个字,而是整本说明书读串了
DMD基因突变的后果,常常是开放阅读框(open reading frame)被破坏。可以把它理解为:原本每三个碱基组成一个“词”,一旦缺失的碱基数不是3的倍数,后面的所有“词”都会错位。最终,肌纤维几乎无法生产功能性dystrophin,细胞膜稳定性下降,肌肉在反复收缩中不断损伤、坏死、纤维化。
有意思的是,贝克型肌营养不良(Becker muscular dystrophy, BMD)给治疗提供了一个重要线索。BMD患者也可能缺失部分DMD片段,但如果读码框仍然保持“同框”(in-frame),身体还能生产一种缩短但部分可用的dystrophin,病情通常比DMD轻得多。
关键逻辑:与其修好每一个突变,不如巧妙地跳过某些外显子,让转录本重新变成同框,生产一种虽不完整但可工作的dystrophin。
这也是“外显子跳跃”的逻辑:与其修好每一个突变,不如巧妙地跳过某些外显子,让转录本重新变成同框,生产一种虽不完整但可工作的dystrophin。研究提到,从理论适用范围看,外显子跳跃可能覆盖最多约80%的DMD患者;其中,靶向外显子51的策略约可覆盖13%的DMD患者。
这次不是剪DNA,而是“改RNA的剪接选择”
传统反义寡核苷酸(antisense oligonucleotide, ASO)疗法也能诱导外显子跳跃,但一个现实限制是:RNA更新很快,药物通常需要反复给药。而这项研究采用的是LEAPER 2.0平台。LEAPER的全称是利用内源性作用于RNA的腺苷脱氨酶进行可编程RNA编辑(leverage endogenous adenosine deaminase acting on RNA for programmable editing of RNA)。
它的关键分子是circ-arRNA。环状RNA(circular RNA)没有普通线性RNA的5′端和3′端,因此更耐降解,理论上更适合做持久的RNA引导分子。circ-arRNA与目标前体mRNA(pre-mRNA)配对后,可以通过两条路径影响剪接:一条是招募ADAR,把腺苷(adenosine, A)编辑为肌苷(inosine, I),而I在RNA处理中常被当作鸟苷(guanosine, G)识别;另一条是不依赖ADAR催化活性,仅通过空间阻挡影响剪接体(spliceosome)识别剪接受体位点(splice acceptor site, SA)、分支点(branch point, BP)或外显子剪接增强子(exonic splicing enhancer, ESE)。
这正是这项研究有分量的地方:它不是单纯“遮挡”一个位点,也不是只依赖一个编辑事件,而是把RNA配对、ADAR占位、多位点A-to-I编辑和剪接调控合在一起。
一个编辑位点不够,多位点扰动才真正改变剪接
研究人员先在细胞系统中验证机制。结果显示,circ-arRNA即使在ADAR1敲除细胞中,也能诱导一定程度的外显子跳跃,说明空间阻挡本身有效;但当有活性ADAR1存在时,外显子跳跃进一步增强,提示ADAR介导的RNA编辑与空间阻挡存在协同作用。
在非DMD内源基因测试中,LEAPER 2.0可让RELA第7外显子跳跃效率达到最高约60%。在DMD相关设计中,优化后的串联表达盒2×U6-circ-arRNA151-v3表现最好,外显子5跳跃效率最高可达约80%。
更关键的是,研究人员发现,单独模拟SA位点或BP位点的A-to-G改变,只能轻度提高外显子5跳跃;多个位点组合效果更强,但仍不完全。直到把内含子区域所有腺苷都模拟转换为肌苷时,外显子跳跃达到100%。这说明,在这个系统里,“一个关键碱基决定命运”的叙事并不准确;更符合数据的解释是,多个腺苷编辑共同削弱剪接信号,让剪接体不再把这一段当作必须保留的外显子。
这也提出一个值得思考的问题:在治疗设计中,我们通常希望减少旁观者编辑(bystander editing),但在剪接调控场景下,某些非单点编辑反而可能是疗效来源的一部分。风险与疗效之间的边界,需要靠更精细的设计和更长期的数据来确定。
猴模型中的一针:从分子恢复到行动改善
为了让circ-arRNA进入肌肉,研究人员选择了肌肉嗜性的腺相关病毒(adeno-associated virus, AAV)载体MyoAAV 4E。选择它的重要原因之一,是它对骨骼肌和心肌均有较好的递送能力。对于DMD而言,心肌不是次要靶点,因为心肌病和呼吸问题常常决定长期预后。
在携带DMD外显子5突变的恒河猴模型中,研究人员给药剂量为5 × 1013 vg/kg。1岁、外显子5缺失5 bp的猴子在给药后2周,肱三头肌已经能检测到外显子5跳跃;8周时,检测的三块肌肉中均出现外显子跳跃,其中肱三头肌最高约15%。到第34周,平均跳跃效率约10%;到第52周,仍可检测到约4%的外显子跳跃。
蛋白层面更值得注意:外显子5相关模型中的dystrophin恢复到约野生型水平的10%,接近BMD中可观察到的水平。肱三头肌在治疗后8周时,dystrophin约达到外显子5删除模型对照的8%。更重要的是,circ-arRNA丰度与外显子跳跃效率高度相关,相关系数达到R = 0.95,说明递送量和表达水平直接影响疗效。
血清指标也同步改善。肌肉损伤标志物肌酸激酶(creatine kinase, CK)在治疗后明显下降,天冬氨酸转氨酶(aspartate aminotransferase, AST)、丙氨酸转氨酶(alanine aminotransferase, ALT)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)也下降,提示肌肉病理损伤减轻。
为什么同样恢复dystrophin,功能改善却不同?
研究里有一个很有启发性的对照:另一只3.5岁、外显子5缺失2 bp的DMD猴子,也出现了外显子跳跃和dystrophin恢复,但站立能力恢复有限。研究人员认为,这可能与疾病进展阶段有关。对于DMD这种持续进展的肌肉退行性疾病,晚一些恢复dystrophin,并不一定能逆转已经发生的肌肉纤维化、坏死和结构重塑。
值得反复追问:治疗效果不能只看“蛋白有没有回来”,还要看“组织是否仍有恢复空间”。分子疗效、病理改善和运动功能之间并不是线性关系。
这提醒我们:治疗效果不能只看“蛋白有没有回来”,还要看“组织是否仍有恢复空间”。分子疗效、病理改善和运动功能之间并不是线性关系。早干预可能不是锦上添花,而是决定疗效上限的重要变量。
在1岁的外显子5缺失5 bp模型中,治疗后猴子的起立时间明显缩短,1小时自发运动中的行走距离和活动次数增加,步态也改善:治疗前步幅短、脚跟印迹缺失;治疗1年后,步长相对足长增加,脚跟接触改善。这些变化说明,分子层面的修正确实传导到了运动行为层面。
热点突变模型给出了更耐看的结果
外显子5模型还暴露出另一个问题:免疫反应。外显子5跳跃后,新产生的dystrophin可能包含治疗前机体未曾“见过”的片段,从而引发抗dystrophin免疫反应。研究中,外显子5缺失5 bp模型在1年后出现与dystrophin相关的T细胞反应,这可能解释dystrophin水平随时间下降的一部分原因。
因此,研究人员进一步建立了一个更贴近临床热点的外显子50缺失7 bp模型,并通过跳跃外显子51恢复读码框。这个模型接受同样剂量的MyoAAV 4E-circ-arRNA治疗。8周时,股四头肌和肱三头肌外显子跳跃效率分别达到31%和62%,dystrophin恢复至野生型水平的3.4%和4.7%。1年后,股四头肌仍有约3%的dystrophin,肱三头肌最高约7%。
更重要的是,这个外显子50模型在治疗1年后没有检测到T细胞介导的抗dystrophin免疫反应。行为学上,行走距离、活动次数、步长比例和从俯卧或仰卧状态起立的能力均改善,并且功能获益维持到1.5年。对于只给药一次的AAV递送策略,这样的持续时间是该研究最值得关注的数据之一。
从猴到人:三名患者的早期信号
研究人员还在患者来源诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)分化出的心肌细胞中测试了外显子51跳跃。两个DMD突变背景分别为外显子49–50缺失和外显子52缺失。AAV递送circ-arRNA后,外显子51跳跃最高达到约80%,dystrophin蛋白恢复到健康对照约60%。这为心肌相关获益提供了体外人源细胞证据。
临床部分更谨慎,但也更引人关注。研究人员设计了靶向人DMD外显子51的候选治疗LE051,并在伦理批准的同情用药框架下治疗3名7岁以下DMD患者。其中两名接受2 × 1013 vg/kg低剂量,一名接受5 × 1013 vg/kg高剂量。
8周后,高剂量患者的dystrophin蛋白达到健康对照的2.06%,显示出剂量依赖趋势。运动功能用北极星步行能力评估量表(North Star Ambulatory Assessment, NSAA)衡量,满分34分。两名低剂量患者3个月提高3–6分,6个月提高8分,并在12个月保持获益;其中患者002在6个月达到34分,并维持1年。高剂量患者3个月提高7分,6个月提高8分,9个月达到满分。
心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing, CPET)也出现早期改善信号。患者001的峰值摄氧量(peak VO₂/kg)从11.78升至24.61 mL/(kg·min),氧脉搏(O₂ pulse)从1.58升至3.42 mL/beat;通气二氧化碳斜率(VE/VCO₂ slope)向健康值方向下降。这些指标提示心肺和运动代谢功能可能改善,但由于样本极小,仍应视为探索性结果。
安全性方面,3名患者仅报告轻度治疗期间不良事件(treatment-emergent adverse events, TEAEs),包括短暂头痛、恶心、呕吐、腹痛等;未观察到治疗相关严重不良事件(treatment-related serious adverse events, TR-SAEs)或剂量限制性毒性(dose-limiting toxicities, DLTs)。患者002在上呼吸道感染时CK升至43,813 U/L,为基线3.6倍,随后下降至7,551 U/L,未伴随肌肉压痛、无力或疼痛。三名患者均未见临床或生物标志物证据支持肝损伤。
它让人兴奋,但还不能被过度解读
这项研究的价值在于,它把RNA编辑、剪接调控、AAV递送、非人灵长类模型和早期人体数据连成了一条相对完整的转化链。尤其是外显子50热点突变猴模型中,一次系统给药后功能改善维持1.5年,且未检测到抗dystrophin免疫反应,这是一个非常重要的疗效与安全性信号。
但局限性也不能忽视。第一,非人灵长类DMD动物数量很少,这是模型成本和周期决定的现实限制,也意味着统计外推必须谨慎。第二,人体数据只有3名患者,且属于同情用药,不是随机、对照、盲法临床试验。NSAA提升幅度超过自然病程中通常预期的年际波动,但发育差异、训练效应、动机因素和照护变化仍不能完全排除。第三,bulk组织检测到的dystrophin恢复水平仍然较低,非人灵长类中约1%–5%的体组织水平可能具有生物学意义,但并不等于肌肉完全恢复正常。第四,AAV递送本身仍有长期表达、免疫、再给药和组织分布等问题,随访超过1.5年后的耐久性仍未知。
真正的问题也许不是“这是不是DMD的终点疗法”,而是:当我们不再执着于永久改写DNA,而是选择在RNA层面持续调节剪接,能否在安全性、可逆性和疗效之间找到更合理的平衡?
这项研究给出的答案是:至少在当前数据范围内,circ-arRNA引导的外显子跳跃已经不只是一个细胞里的漂亮机制,而是开始在灵长类动物和早期患者中显示出功能意义。对DMD而言,这可能是一条值得认真追踪的新路线;对RNA治疗而言,它也提出了一个更大的问题——未来的遗传病治疗,是否会越来越多地从“改写基因”转向“重写转录本的命运”?
参考文献
Guo W, Tang H, Yi Z, Zhang T, Yuan P, Wang C, Ren S, Chang X, Ren J, Tang W, Sun W, Liu J, Yu Y, Lu Z, Shen H, Yi Z, Zhao Y, Tang G, Han J, Zhang W, Liu H, Sun X, Zhang Y, Zhang C, Wu Y, Yang L, Han F, Xu Y, Qu L, Sun X, Wang J, Ji W, Chen Y, Wei W. Long-term reversal of Duchenne muscular dystrophy via circular arRNA-guided exon skipping in monkeys and humans. Cell. 2026 Jun 10:S0092-8674(26)00589-1. doi: 10.1016/j.cell.2026.05.030. Epub ahead of print. PMID: 42269605.
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