▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)編輯

還記得那對(duì)“半路出家”投身朊病毒病研究的學(xué)霸夫妻嗎？ 妻子被確診患有致命的遺傳性朊病毒病后，夫妻二人毅然改行投身科學(xué)研究，期望能找到破局之法，他們的研究成果去年榮登著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。僅僅半年后，他們又與堿基編輯領(lǐng)域的先驅(qū)劉如謙（David Liu）教授攜手合作，共同開(kāi)發(fā)出一種針對(duì)朊病毒病的基因編輯治療策略。在動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，該療法成功將朊病毒病小鼠的壽命延長(zhǎng)了50%，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，有望成為一種一勞永逸、根治朊病毒病的一次性療法。在本文中，藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)將帶領(lǐng)讀者一同回顧這對(duì)夫妻的科研歷程，并深入了解他們的最新科學(xué)進(jìn)展。

▲Eric Minikel（左）和Sonia Vallabh（右）（圖片來(lái)源：博德研究所）

命運(yùn)的拐點(diǎn)

2009年，正在哈佛法學(xué)院攻讀法律職業(yè)文憑的Sonia Vallabh迎來(lái)了人生的幸福時(shí)刻，她與正在麻省理工學(xué)院攻讀城市規(guī)劃與交通碩士的Eric Minikel走入了婚姻殿堂。但僅僅一年之后，一場(chǎng)重大變故徹底改變了這對(duì)新人的人生軌跡。

2010年，Vallabh的母親開(kāi)始出現(xiàn)視力模糊的癥狀，但病情迅速惡化，各種癥狀接踵而至，她的身體狀況急轉(zhuǎn)直下，很快便失去了行走能力，無(wú)法與人正常交流，甚至無(wú)法進(jìn)食……在出現(xiàn)癥狀后的短短10個(gè)月，Vallabh的母親便在恐懼中離世。在這段艱難的時(shí)光里，始終無(wú)人知曉真正的病因，直到尸檢報(bào)告無(wú)情地揭露了真相。

Vallabh的母親死于致死性家族性失眠癥（fatal familial insomnia，F(xiàn)FI），這是一種遺傳性朊病毒病。在我們的大腦中，存在一類(lèi)名為朊病毒蛋白（prion protein，PrP）的細(xì)胞表面蛋白。在正常情況下，PrP并不會(huì)對(duì)健康造成不良影響。然而，一旦PrP發(fā)生構(gòu)象改變，便會(huì)引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)。錯(cuò)誤折疊的PrP會(huì)形成有毒的聚集體，并在大腦內(nèi)不斷擴(kuò)散傳播，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，這類(lèi)疾病便是致命且無(wú)法治愈的朊病毒病。

圖片來(lái)源：123RF

我們最為熟知的朊病毒病便是具有傳染性的瘋牛病，除此之外，還有一些朊病毒病是由基因突變引起的，Vallabh母親所患的致死性家族性失眠癥便是由PRNP D178N突變所致。PRNP D178N突變屬于常染色體顯性遺傳，這意味著Vallabh有50%的概率繼承這一致命突變。

從零開(kāi)始，逆天改命

不幸的是，Vallabh發(fā)現(xiàn)自己正是那50%中的一員，她同樣攜帶了這一致病突變。面對(duì)似乎已注定的命運(yùn)——重蹈母親的覆轍，靜候癥狀的出現(xiàn)與惡化，直至生命的終結(jié)，Vallabh與丈夫選擇了不屈抗?fàn)帯Ｋ麄円闳粵Q定從零開(kāi)始，踏入生物學(xué)領(lǐng)域，尋求自救之道。

2014年，憑借不懈的努力與堅(jiān)定的決心，兩人同時(shí)申請(qǐng)到博德研究所（Broad Institute）攻讀博士學(xué)位。五年后，他們順利畢業(yè)，并在博德研究所組建了自己的實(shí)驗(yàn)室。他們的實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)注于一個(gè)核心目標(biāo)：致力于在有生之年預(yù)防和治療朊病毒疾病。

圖片來(lái)源：123RF

令人驚嘆的是，這對(duì)半路出家的科學(xué)家在研究領(lǐng)域迅速嶄露頭角，取得了顯著的進(jìn)展。

2019年，夫妻二人與合作者在PNAS期刊上發(fā)表了利用現(xiàn)有工具監(jiān)測(cè)腦脊液中PrP水平的新策略；一年后，他們又在Nucleic Acids Research雜志上提出通過(guò)反義寡核苷酸（ASO）介導(dǎo)的PrP抑制策略。該策略表明，即使僅抑制25%的PrP，也可以顯著延長(zhǎng)感染朊病毒小鼠的生存期并延遲疾病發(fā)作。值得一提的是，目前基于這一策略所開(kāi)發(fā)的ASO候選藥物ION717已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。

與此同時(shí)，Vallabh和Minikel并未停下探索的腳步。他們與Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所（Whitehead Institute for Biomedical Research）的Jonathan Weissman教授合作開(kāi)發(fā)了一款名為CHARM的表觀遺傳編輯工具，能夠沉默整個(gè)大腦中編碼PrP的基因，為致命性朊病毒病以及其他由有害蛋白聚集引起的神經(jīng)退行性疾病患者提供了潛在的治療策略。這一研究成果登上《科學(xué)》雜志。

與時(shí)間賽跑，不斷突破

在短時(shí)間內(nèi)取得了如此顯著的成就后，這對(duì)夫妻并未滿(mǎn)足于現(xiàn)狀，而是繼續(xù)與時(shí)間賽跑。近日，他們與劉如謙教授團(tuán)隊(duì)合作，在《自然-醫(yī)學(xué)》上發(fā)表了最新研究成果。

在這項(xiàng)研究中，合作團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)出了一種創(chuàng)新的基因編輯療法，用于治療朊病毒病。在表達(dá)人類(lèi)PRNP基因的轉(zhuǎn)基因朊病毒小鼠模型中，研究人員采用堿基編輯技術(shù)永久性地修改了PRNP基因位點(diǎn)，從而顯著降低了小鼠大腦中PrP的表達(dá)水平。這一方法不僅使大腦中致病的朊病毒蛋白水平降低達(dá)60%，而且成功地將小鼠的壽命延長(zhǎng)了約50%，首次證實(shí)降低朊病毒蛋白水平可顯著延長(zhǎng)感染朊病毒蛋白動(dòng)物的壽命，為治療朊病毒病帶來(lái)了新的希望。

鑒于當(dāng)前朊病毒病尚無(wú)根治之法，該療法標(biāo)志著向預(yù)防疾病進(jìn)展或緩解已出現(xiàn)癥狀的朊病毒病患者病情的治療策略邁出的重要一步。尤為值得一提的是，堿基編輯療法在此展現(xiàn)出巨大的潛力，有望作為一種一次性治療方法，惠及所有朊病毒病患者，無(wú)論其致病基因突變類(lèi)型如何。事實(shí)上，早在這篇研究發(fā)布之前，Vallabh和Minikel就已經(jīng)開(kāi)始著手探索如何將基因編輯技術(shù)應(yīng)用于朊病毒病的預(yù)防和治療。

回溯至2013年CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)誕生之初，Vallabh與Minikel就開(kāi)始思索，是否能利用這一革命性技術(shù)來(lái)破壞編碼朊病毒蛋白的基因。2018年，同樣就職于博德研究所的劉如謙教授主動(dòng)向二人尋求合作，彼時(shí)他的實(shí)驗(yàn)室剛剛研發(fā)出堿基編輯技術(shù)。劉教授提議通過(guò)諸如在遺傳密碼中引入“終止”編碼信號(hào)等策略，有效停止致病蛋白質(zhì)的合成。為治療朊病毒病提供新的思路。

圖片來(lái)源：123RF

而另一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)最終促成了這項(xiàng)合作。Vallabh和Minikel在研究gnomAD等群體數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，PRNP基因中自然發(fā)生的突變R37X能降低PrP蛋白的表達(dá)水平，并且不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害的副作用。這一發(fā)現(xiàn)給他們帶來(lái)了希望，即利用堿基編輯技術(shù)引入相同的突變基因，可能會(huì)對(duì)朊病毒病起到保護(hù)作用。

在事后的回憶中，Minikel表示：“我們意識(shí)到，這是利用人類(lèi)遺傳學(xué)為堿基編輯技術(shù)提供關(guān)鍵信息的絕佳契機(jī)。”

雙AAV載體助力腦部精準(zhǔn)藥物遞送

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)成功證明了堿基編輯器能夠在人體細(xì)胞中高效地植入PRNP R37X突變，并且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生不必要的副產(chǎn)物。然而，為了實(shí)現(xiàn)治療效果，研究人員需要將堿基編輯器精準(zhǔn)地遞送至大腦。

為此，研究小組開(kāi)發(fā)了一對(duì)腺相關(guān)病毒（AAV）載體。這些AAV載體能夠通過(guò)直接注入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，或通過(guò)外周注射高效穿越血腦屏障來(lái)轉(zhuǎn)導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞，從而將堿基編輯器包裝并遞送至腦細(xì)胞中。每個(gè)AAV載體均包含一個(gè)U6啟動(dòng)子，用于表達(dá)編碼PRNP R37X的單向?qū)NA（sgRNA）。此外，每個(gè)載體還分別包含融合了蛋白質(zhì)內(nèi)含肽（intein）的堿基編輯器的一半。當(dāng)兩種載體共同轉(zhuǎn)導(dǎo)時(shí)，功能性堿基編輯器得以重建。

隨后，研究人員將AAV注射入感染了人類(lèi)朊病毒蛋白的小鼠體內(nèi)。結(jié)果 顯示，在預(yù)期進(jìn)行編輯的基因拷貝中，該編輯系統(tǒng)成功植入了R37X突變，平均編輯成功率達(dá)到37%。與未處理的小鼠相比，朊病毒蛋白水平降低了50%，小鼠的壽命也延長(zhǎng)了約50%。

為了進(jìn)一步優(yōu)化該編輯系統(tǒng)，科學(xué)家們對(duì)其進(jìn)行了多方面的改進(jìn)，旨在提高編輯效率并限制向非靶向組織的遞送。通過(guò)改進(jìn)后的系統(tǒng)，研究人員在AAV劑量降低6倍的情況下，觀察到朊病毒蛋白水平降低了63%。

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將堿基編輯載荷的體積縮小，因?yàn)殡pAAV的生產(chǎn)成本相對(duì)較高。此外，他們還打算開(kāi)發(fā)一種策略，利用先導(dǎo)編輯技術(shù)（該技術(shù)能夠進(jìn)行比單個(gè)堿基變化更復(fù)雜的DNA編輯）來(lái)植入一種保護(hù)性突變。這種突變不會(huì)完全關(guān)閉蛋白質(zhì)的生產(chǎn)流程，而是確保朊病毒蛋白本身具有良性特性，從而為治療朊病毒病提供更安全有效的途徑。

盡管目前的研究成果令人鼓舞，但對(duì)于這對(duì)積極與命運(yùn)抗?fàn)幍姆蚱迊?lái)說(shuō)，將這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為成熟的臨床療法仍是一條漫長(zhǎng)而充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的征途。正如Minikel在采訪(fǎng)中所言，“要將這一成果發(fā)展為臨床療法，我們還有很長(zhǎng)的路要走。但看到目前展現(xiàn)出的諸多可能性，確實(shí)令人感到非常興奮。”

時(shí)至今日，朊病毒病的死亡陰影依舊籠罩著他們，同時(shí)也威脅著全球眾多患者的生命，作為兼具患者與朊病毒病研究前沿科學(xué)家雙重身份的人物，恐怕沒(méi)有人比Vallabh更能深刻體會(huì)這些患者所面臨的困境和絕望。他們的抗?fàn)帲仁菫榱俗晕揖融H，也是為了無(wú)數(shù)同病相憐的患者爭(zhēng)取希望。我們期待這對(duì)勇敢的夫妻能夠在抗擊朊病毒的征程上取得更多勝利，祝愿他們?cè)缛者_(dá)成所愿——在有生之年讓朊病毒病成為一種可防可治的疾病。

參考資料：

[1] An, M., Davis, J.R., Levy, J.M. et al. In vivo base editing extends lifespan of a humanized mouse model of prion disease. Nat Med (2025). https://doi.org/10.1038/s41591-024-03466-w

[2] Gene editing extends lifespan in mouse model of prion disease，Retrieved Jan 17, 2025 from https://www.broadinstitute.org/news/gene-editing-extends-lifespan-mouse-model-prion-disease

[3] A CHARMed collaboration created a potent therapy candidate for fatal prion diseases. Retrieved Jan 17, 2025 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1048956

[4] Vallabh, S. M. et al. Prion protein quantification in human cerebrospinal fluid as a tool for prion disease drug development. PNAS 201901947 (2019)

[5] Minikel, E. V. et al. Prion protein lowering is a disease-modifying therapy across prion disease stages, strains and endpoints. Nucleic Acids Res. (2020)

免責(zé)聲明： 藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注介紹全球生物醫(yī)藥健康研究進(jìn)展。 本文僅作信息交流之目的，文中觀點(diǎn)不代表藥明康德立場(chǎng)，亦不代表藥明康德支持或反對(duì)文中觀點(diǎn)。 本文也不是治療方案推薦。 如需獲得治療方案指導(dǎo)，請(qǐng)前往正規(guī)醫(yī)院就診。