MECP2重复综合征(MECP2 Duplication Syndrome,MDS)是一种罕见且致命的X连锁神经发育障碍性疾病,由X染色体上MECP2基因重复导致的MeCP2蛋白过表达引起。
MeCP2是一种关键的表观遗传调控因子,在正常脑发育和功能维持中发挥重要作用。主要症状包括婴儿期肌张力低下、严重智力障碍、发育迟缓、癫痫、反复呼吸道感染、运动技能和语言能力丧失、焦虑及寿命缩短。MDS主要影响男性患者,全球约有5万病例,其中约50%的患者在25岁前因并发症去世。目前尚无针对MDS疾病的获批疗法,现有治疗仅限于对症管理和支持性护理。
2024年12月12日,辉大基因/中国科学院上海药物所杨辉团队及临港实验室胥春龙在 Nature Neuroscience 期刊发表了题为:An RNA editing strategy rescues gene duplication in a mouse model of MECP2 duplication syndrome and nonhuman primates 的研究论文。
该研究通过单次侧脑室注射方式,使用单个腺相关病毒(AAV)载体递送辉大基因专有的高保真、高活性的RNA编辑工具hfCas13Y及MECP2基因的gRNA,在MDS小鼠模型和野生食蟹猴模型中实现了大脑内hfCas13Y和MECP2 gRNA的稳定、持久表达。同时大脑MECP2基因的表达被敲低至生理性可接受的水平,显著改善了人源化MDS小鼠的运动功能、焦虑抑郁样行为、学习和记忆能力、社交功能,并延长了生存时间。
这一研究为后续临床试验提供了坚实的科学基础。目前,临床试验已正式启动(NCT06615206)。
该研究旨在筛选高效且特异的RNA编辑工具和gRNA以高效敲低MECP2。研究团队基于辉大基因自主研发的AI驱动HG-PRECISE®平台,通过体外细胞实验中筛选出高保真、高活性的RNA编辑工具——hfCas13Y。随后,在细胞系中针对人、猴、小鼠MECP2 mRNA的保守同源区域筛选出的gRNA,该gRNA可将MECP2 mRNA水平降低至90%以上,且未观察到明显的脱靶效应。
为评估hfCas13Y-gMECP2对携带人源MECP2基因的MDS转基因小鼠模型(下称MDS小鼠)的治疗效果,研究人员将hfCas13Y-gMECP2装载到单个AAV载体中,并通过侧脑室注射,将不同剂量的AAV递送到新生的雄性MDS小鼠脑内。给药4周后,MDS小鼠大脑皮层、纹状体和海马组织中的MECP2 mRNA和蛋白水平均显著敲低。最高剂量下AAV将MECP2表达水平敲低至接近野生小鼠水平。免疫荧光染色和单细胞RNA测序结果进一步显示,在单个神经元水平上,最高剂量的AAV将大脑皮层中的MECP2表达敲低至野生小鼠Mecp2表达水平的35-75%,达到有效治疗MDS且避免引发Rett综合征 (RTT) 的最佳范围。大脑皮层的RNA测序结果表明,给药4周和48周后,MDS小鼠大脑皮层中异常基因表达模式恢复至与野生小鼠相似。
行为学评估显示,注射AAV 8周后,MDS小鼠的运动功能、焦虑抑郁样行为、社交行为及学习和记忆能力恢复至野生小鼠水平,并持续至26周。最高剂量下治疗后的MDS小鼠的生存时间显著延长。长期安全性评估证实,该剂量在MDS小鼠中未表现出安全性风险。此外, AAV-hfCas13Y-gMECP2在成年MDS小鼠中也表现出显著的疗效。
最后为了验证AAV-hfCas13Y-gMECP2在降低食蟹猴大脑中MECP2表达水平的有效性,研究人员通过侧脑室注射的方式,将不同剂量的AAV-hfCas13Y-gMECP2递送到成年雄性食蟹猴大脑中。注射6-8周后,结果显示hfCas13Y在整个大脑中广泛分布,并呈现剂量依赖性。同时,不同剂量组的食蟹猴大脑中MECP2 mRNA的平均表达水平显示出下降低趋势,尤其在高剂量AAV给药组中,野生食蟹猴大脑内的MECP2 mRNA和蛋白表达均显著下降。以上结果表明,AAV-hfCas13Y-gMECP2能够有效降低非人灵长类动物大脑内的MECP2水平。
此外,研究还检测了与MECP2下游调控相关的分子GDF11在高剂量AAV治疗后的变化。GDF11是一种潜在的MDS疾病生物标记物,在MDS中其表达水平升高,而在RTT中则降低。在本研究中,研究人员检测量了食蟹猴脑脊液中GDF11蛋白含量,发现高剂量AAV给药后,不同时间点脑脊液中GDF11蛋白水平均有所降低。这进一步支持了AAV-hfCas13Y-gMECP2在调节与MECP2相关的分子通路方面的潜力,并为其治疗MDS提供了更为广泛的机制基础。
根据临床前的有效性和安全性数据,辉大基因在北京大学第一医院开启了英雄HERO(first-in-Human trial to Evaluate a novel CRISPR RNA-editing therapy, HG204, in patients with MDS, a rare Orphan disease)临床试验。目前,已完成了首例受试者给药,标志着全球首个针对MDS的RNA编辑疗法的临床评估正式启动。这一进展是MDS这一罕见且严重神经发育障碍领域的重大突破。
此外,HG204已获得美国食品药品监督管理局(FDA)授予的孤儿药(ODD)和罕见儿科疾病(RPDD)认定,以及欧洲药品管理局(EMA)颁发的ODD认定,进一步凸显了其在满足未被满足的临床需求中的重要意义。派真生物非常荣幸为此项研究提供AAV包装服务,助力神经发育障碍疾病基因治疗研究,同时派真CRO &CTDMO 一站式服务平台,提供从基因合成、载体构建,到病毒包装的整体解决方案,全面支持您的罕见病基因治疗研究。我们还提供多种现货AAV产品,欢迎后台留言了解详情。
该研究由辉大基因/中科院上海药物所杨辉团队共同完成。辉大基因研发中心杨栋博士、吴晓晴、段梦思,中科院上海药物所博士后姚依楠博士为论文共同第一作者,杨辉研究员、临港实验室胥春龙研究员、辉大基因施霖宇博士、姚璇博士为本文的共同通讯作者。
论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41593-024-01838-6
转自:细胞与基因治疗领域
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