一项最新预印本研究揭示，一种新型类病毒纳米颗粒（virus-like particles, VLPs）能够有效地将基因编辑工具递送至肌肉组织，并在杜氏肌营养不良（DMD）小鼠模型中成功恢复了关键蛋白的表达。这一突破性进展为DMD的基因治疗带来了新的希望，并有望扩展至一系列神经系统疾病的治疗。

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）神经科学、脑与认知科学以及生物工程学教授张锋是这项研究的负责人。他指出，尽管目前该方法主要针对肌肉组织，但其团队正积极探索类似的递送策略，以期治疗包括神经系统疾病在内的多种病症。张锋教授表示：“我们必须深入了解它如何有效进入大脑，以及如何特异性地靶向特定类型的神经元。”

杜氏肌营养不良是一种严重的遗传性疾病，由DMD基因变异引起，导致抗肌萎缩蛋白（dystrophin）缺失，进而引发进行性肌肉无力。随着疾病进展，患者的肌肉功能会逐渐丧失。值得注意的是，DMD患者群体中自闭症及其他神经行为障碍的患病率高于普通人群，研究估计自闭症患病率约为7%。

在这项新研究中，张锋及其团队利用一种名为dARC的类病毒颗粒，将基因编辑工具Cas9递送至DMD小鼠模型的肌肉细胞。这一策略成功帮助肌肉细胞跳过基因错误，并恢复了抗肌萎缩蛋白的表达。

马萨诸塞大学医学院（UMass Chan Medical School）生物医学研究教授兼Horae基因治疗中心主任高光坪（Guangping Gao）评价道：“这为基因递送，特别是基因编辑，开辟了一条全新且非常有趣的途径。”他虽然未参与这项工作，但对该手稿及其潜力表示高度赞赏。

当前主流的基因递送方法，如脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles）和腺相关病毒（adeno-associated viruses, AAVs），均存在各自的局限性。例如，它们往往难以精确靶向肝脏以外的器官，或需要复杂的生产工艺，通常涉及使用人胚肾（HEK）细胞。此外，AAVs的载荷能力有限，难以运输大型基因编辑工具，且可能引发免疫反应。

为克服这些瓶颈，张锋及其他研究人员正在探索利用模拟病毒结构但不含遗传物质的颗粒。张锋教授专注于从整合到动物（包括人类）基因组中的古老病毒或其他元件中提取蛋白质。这些整合基因中的一部分保留了产生蛋白质的能力，这些蛋白质可以自组装形成保护性的类病毒外壳或衣壳，从而协助信息在细胞间穿梭。

张锋教授解释说：“它们已被我们的天然生物系统所利用。据推测，它们已很好地适应了我们的免疫系统，因此不会引起明显的免疫原性，这使得它们非常有趣。”

在这项新研究中，研究团队利用大肠杆菌（E. coli）生产dARC蛋白。在mRNA、带负电荷的引导RNA（gRNA）以及Cas9复合物存在的情况下，这些蛋白质在试管中能够自组装成外壳，将遗传物质包裹起来。为了提高包装效率，研究团队还在dARC蛋白上连接了一段带正电荷的肽。

莱斯大学（Rice University）生物工程学副教授Jerzy Szablowski（未参与此研究）强调：“在大肠杆菌中生产，而不是在HEK细胞中生产，其可扩展性意义重大。”

研究人员通过将荧光标记的mRNA包裹在dARC衣壳内进行观察，发现dARC颗粒对肌肉细胞表现出强烈的亲和力。他们进一步发现，这些颗粒与SORCS2受体蛋白相互作用，该受体在身体多种组织类型以及大脑中均有表达。

费城儿童医院（Children’s Hospital of Philadelphia）细胞与分子治疗中心主任Beverly Davidson（未参与此研究）评论道：“这项工作非常出色，清晰地展示了这些颗粒如何与细胞结合。它也为我们迭代尝试靶向不同受体以适应不同细胞类型提供了可能性。”

通过dARC衣壳递送gRNA和Cas9的核糖核蛋白（RNP）复合物，在杜氏肌营养不良小鼠模型中恢复了18%的抗肌萎缩蛋白。相比之下，递送Cas9、mRNA和sgRNA的混合物仅恢复了3.5%。研究团队在其5月发布于bioRxiv的预印本中指出，18%的恢复水平与外显子跳跃反义寡核苷酸（exon-skipping antisense oligonucleotides）所取得的效果相当。

高光坪教授指出：“如果进行全身性递送，这可能会成为一个问题。”

张锋实验室目前正致力于开发不同的策略以稳定血清中的dARC颗粒，并探索其他类似的类病毒颗粒。他补充说，为了治疗神经系统疾病，团队可能需要设计一种方法，使这些颗粒能够与能将它们穿梭通过血脑屏障的受体结合。

Davidson教授建议，另一种进入大脑的途径是将颗粒注射到脑脊液中，前提是团队能够找到稳定它们的方法。她表示：“如果你能改变它们的去向，并证明它们在引入血液或其他生物流体中的稳定性，我认为这将是一个巨大的进步。我希望他们能将这项技术发展到这个方向。”