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杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是一种X连锁隐性遗传病,由编码抗肌萎缩蛋白的基因突变引起。患者通常在3-5岁发病,表现为进行性肌无力,尤其是下肢,导致爬楼梯困难。12岁时常失去行走能力,需依赖轮椅,最终在20-30岁因呼吸或心力衰竭死亡。目前尚无治愈方法,基因治疗是潜在策略,但免疫反应是主要障碍。
斯坦福大学神经学与神经科学教授Lawrence Steinman博士指出:“基因疗法正成为单基因疾病的主流治疗手段,但问题在于,向基因缺陷患者引入正常蛋白基因时,免疫系统可能将正常蛋白视为外源物并产生攻击,甚至致命。我们认为已找到解决方案。”
研究结果于9月3日以“Engineered DNA plasmid reduces immunity to dystrophin while improving muscle force in a model of gene therapy of Duchenne dystrophy”为题发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。Steinman为资深作者,主要作者为资深科学家Peggy Ho博士。
病毒载体与微抗肌萎缩蛋白
DMD是单基因病,适合基因治疗。常用腺相关病毒(AAV)作为载体,但抗肌萎缩蛋白基因过大,无法装入AAV。因此,研究共同作者、华盛顿大学Jeffrey Chamberlain博士设计了截短的微抗肌萎缩蛋白基因,可产生功能蛋白,并适合AAV包装。
诱导免疫耐受的质粒策略
为克服免疫反应,Steinman团队将微抗肌萎缩蛋白基因插入一种特殊质粒。质粒是环状DNA,细菌常用其交换耐药基因。通常,质粒含有免疫刺激基序,但Steinman等人先前已改造质粒,用抑制免疫的DNA序列替代刺激基序,形成耐受诱导质粒。该质粒已在两种自身免疫病临床试验中显示效果。
本研究中,研究人员采用“组合拳”:先给小鼠注射携带微抗肌萎缩蛋白的AAV,一周后,再注射耐受诱导质粒(含或不含微抗肌萎缩蛋白基因)。实验分三组:假溶液组、假溶液加无基因质粒组、以及含微抗肌萎缩蛋白基因的质粒组。15只6周龄DMD模型小鼠接受治疗,持续32周。
结果:肌肉力量改善,免疫反应减弱
32周后,接受含微抗肌萎缩蛋白质粒的小鼠肌肉力量显著增强,肌营养不良纤维减少。其血液中炎性细胞因子水平降低,针对微抗肌萎缩蛋白的抗体反应减弱。Steinman表示:“虽然仍处早期,但结果表明,将目标蛋白基因插入耐受诱导质粒,可诱导对多种免疫原性蛋白的耐受。我们已在1型糖尿病(胰岛素前体)和多发性硬化(髓磷脂)中观察到类似效果,现在概念验证扩展至基因治疗。”