科学家如何利用基因疗法来治疗多种人类疾病？

       【1】EMBO Mol Med：科学家利用基因疗法成功治愈2型糖尿病和肥胖小鼠 未来有望应用于人体  。            doi：10.15252/emmm.201708791 （动物造模）（蛋白组学）

       近日，来自巴塞罗那自治大学的科学家们通过研究，利用基因疗法成功治愈了小鼠的肥胖和2型糖尿病，相关研究刊登于国际杂志EMBO Molecular Medicine上。研究者表示，我们利用了一种名为腺相关病毒载体（Adeno-associated viral Vector，AAV）来携带FGF21（成纤维细胞生长因子21）基因的疗法（AAV-FGF21疗法）进行研究，单次使用这种载体就能操纵肝脏、脂肪组织和骨骼肌，使其持续产生FGF21蛋白，这种蛋白是由机体多个器官自然分泌的一种特殊激素，其能在很多组织中发挥作用，维护正常的能量代谢，通过基因疗法来诱导动物机体产生FGF21蛋白就能够帮助减肥，并且降低机体对胰岛素的耐受性，从而治疗肥胖和2型糖尿病。
       目前研究人员已经在两种不同的肥胖小鼠模型中成功进行了试验，即饮食或遗传突变所诱导的肥胖，此外，研究者还观察到，当给予健康小鼠应用这种特殊的基因疗法，就能促进小鼠健康老龄化，并且抑制年龄相关的特种增长和胰岛素耐受性的产生。利用AAV-FGF21疗法治疗后，小鼠体重就会下降，同时其脂肪积累的水平和脂肪组织的炎症水平也会降低，同时肝脏中的脂肪含量、炎症及纤维化也会被逆转，而且机体胰岛素的敏感性会增加。
       【2】Molecular Therapy：脂质体纳米颗粒增强基因疗法治疗囊泡性纤维化的疗效

        doi：10.1016/j.ymthe.2018.05.014
       尽管数年前研究人员就开始采用基因治疗纠正囊性纤维化跨膜电导调节体（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）来治疗囊性纤维化，但是基因疗法治疗囊性纤维化的潜力并没有得到该有的关注。
       通过纳米颗粒输送mRNA是一种将遗传物质输送进入大量广泛分布细胞群体（例如呼吸道上皮细胞）的强有力技术。为了研究纳米颗粒输送mRNA治疗囊性纤维化的临床应用前景，来自俄勒冈州立大学药学院药学系等单位的科学家们近日开发出了一种基于临床相关脂质的脂质体纳米颗粒（lipid-based nanoparticle，LNP），并用它包装和输送化学修饰的CFTR mRNA（cmCFTR）进入病人来源的支气管上皮细胞，结果发现莫定位CFTR数量增加，恢复了其作为氯离子通道的主要功能。

       【3】Nature子刊：利用CRISPR/Cas9增强基因疗法治疗遗传病的潜力

        doi：10.1038/s41434-018-0003-1

       基因疗法有潜力治疗遗传病，但是令科学家感到沮丧的一个主要问题依然存在：利用健康的基因替换“不好的”基因往往只是短暂地修复。在通常情况下，健康的替代性基因仅在几周内发挥作用。

       如今，在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员将基因编辑工具CRISPR/Cas9与一种失活的病毒相结合，将健康基因运送到活的小鼠体内的精确位置。更为重要的是，这些研究人员证实所运送的健康基因在小鼠体内正确地保持活性至少6个月的时间。 根据他们的说法，这种类型的基因表达的持续时间通常为四至六周。他们在六个月的时间内结束了对小鼠的实验，不过他们表示，这种基因表达的持续时间相当于这种修复能在小鼠体内持续终生。相关研究结果近期发表在Gene Therapy期刊上，论文标题为“Targeted in vivo knock-in of human alpha-1-antitrypsin cDNA using adenoviral delivery of CRISPR/Cas9”。
        David T. Curiel博士说，“多年来，基因疗法存在的一种限制是很难实现长期的基因表达来治疗疾病。我们证实长期表达α-1-抗胰蛋白酶编码基因可治疗α-1-抗胰蛋白酶缺乏症（alpha-1-antitrypsin deficiency），其中α-1-抗胰蛋白酶缺乏症是最常见的遗传性肺气肿形式。如今，我们正在将这种技术应用于治疗血友病。血友病是一种血液不会正确地凝固的遗传病。”

       【4】Nat Genet：揭开困扰科学界50年的奥秘 科学家们有望开发出治疗常见血液疾病的新型基因疗法。

       doi：10.1038/s41588-018-0085-0
        近日，一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中，来自澳大利亚新南威尔士大学的研究人员通过研究利用CRISPR基因编辑技术成功将有益的天然突变引入到了血细胞中，从而就能增强血细胞和胎儿血红蛋白的产生，相关研究或能帮助研究人员开发治疗镰状细胞贫血和其它血液障碍的新型疗法。
       这项研究中，研究人员解开了困扰科学家们50年的秘密，即一小部分人群机体中所携带的特殊突变如何运作来改变人类机体基因的表达。研究者Crossley说道，这种有益的突变是有机的，其不会向细胞中引入新的DNA，这种良性的突变对多种血液疾病患者是非常有益的。地中海贫血或镰状细胞贫血的患者机体的血红蛋白常常会出现缺陷，这种关键的分子能够在肺部“拾起”氧气分子并且其运输到机体其它器官组织中，上述疾病患者通常需要终生进行输血或药物治疗。

       【5】Nat Commun：双剑合璧！神药二甲双胍协助基因疗法治疗肝癌！

        doi：10.1038/s41467-017-02733-4
       特拉华大学和伊利诺伊大学的科学家们已经找到了一种杀伤肝癌细胞、抑制肿瘤生长的新方法。首先，他们沉默了细胞内一种关键的酶，然后再加入了一种强效药。这项最新研究成果最近发表在《Nature Communications》上。
       肝癌目前很难治疗，而这项将加速肝癌新疗法的发展。手术通常不是肝癌的选项，而可供选择的药物疗效却不佳。据NIH统计，超过82%的肝癌患者在确诊后5年内死去。
       这个项目起源于伊利诺伊大学的实验室，研究人员培养了肝癌细胞并操纵了细胞内一种叫做己糖激酶2的酶的表达，随后研究人员使用了二甲双胍处理细胞，二甲双胍是一种可以降低肝脏产糖的糖尿病药物。
       特拉华大学化学和生物工程学教授Maciek R. Antoniewicz课题组设计了一系列实验检测癌细胞如何对缺失己糖激酶2做出反应，该酶可以帮助细胞代谢葡萄糖。
       【6】Cell Rep：基因疗法有助于治疗中风等大脑损伤
        doi：10.1016/j.celrep.2018.02.102
       最近，科学家们找到了一种能够促进大脑机能恢复的关键基因，该发现或许有助于治疗中分以及脊髓损伤等疾病。
       最近这项由来自UT西南医学中心O'Donnell脑科学研究所的做出的研究表明，大脑星形细胞中一种基因的开启能够帮助脑细胞快速地从损伤中恢复。
       根据该研究的作者，来自UT西南医学中心的神经学系主任Mark Goldberg博士的说法，这项研究虽然主要检测了脊髓损伤的情况，但对于一系列其它大脑损伤同样具有借鉴意义。
       "我们都知道星形细胞能够帮助大脑以及脊髓从损伤中快速修复，但我们并没有充分理解这些细胞激活的机制。如今，我们能够分析细胞活性开启或关闭是否能够促进伤愈的过程"。这项发表在《Cell Reports》杂志上的文章发现星形细胞中的LZK基因能够促进胶质细胞增生。在这一过程中，星形细胞能够在受损神经元周围增殖并且结痂。

       【7】IOVS：利用基因疗法治疗青光眼有戏！蛋白酶体抑制增加眼睛小梁网中的基因运送效率
        doi：10.1167/iovs.17-22074
       当通过降低眼内压力来测试治疗青光眼的基因时，来自美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员偶然发现了一个问题：他们无法有效地将基因运送到控制眼内液体压力的细胞中。基因仅在进入细胞之中才能够发挥作用。

       青光眼是最为常见的致盲性疾病之一，是由于眼内压力过高造成的，其中眼内压力过高通常是眼睛中的液体排出管（fluid drain）堵塞引起的。威斯康星大学麦迪逊分校眼科与视觉科学教授Paul Kaufman说，“大多数青光眼病例能够通过每日药物处理来加以治疗。在理论上，替代性基因可能恢复持续多年的正常液体流动，而无需每天自行给予眼药水，毕竟后者是不便利的，而且可能具有局部的甚至全身的副作用。
       【8】Sci Trans Med：病毒基因疗法能够提高癌症治疗后乳房重构的效果
        doi：10.1126/scitranslmed.aar2041
       最近一项研究结果表明，利用病毒载体进行基因治疗能够保护机体免受放射性癌症治疗带来的负面效应。未来这项研究将被用于提高乳腺癌患者治疗后的乳房修复手术，保护患者不会出现伤疤、皮肤皱缩以及周围组织的损伤。
       现代的放疗技术越来越精准，但仍旧会在治疗几个月到一年之内对周围组织（包括皮肤、血管）产生一系列的负面效应。而作者开发的这一技术能够有效提高女性乳腺癌患者治疗手的乳房重建手术的效果。相关结果发表在最近一期的《Science Translational Medicine》杂志上。
       首先，作者给大鼠接种了携带有SOD2蛋白相关基因的慢病毒载体，该蛋白能够限制放疗后的有害颗粒引发的细胞压力反应。此外，作者进行了第二次的接种实验，同样利用慢病毒载体靶向抑制一类叫做CTGF的蛋白的活性，该蛋白参与了放疗后疤痕形成的过程。
       为了更好地模拟临床实践，以及确保其仅仅对癌症之外的的健康组织产生影响，作者首先将病毒载体注入大鼠修复组织的血管中，之后再将这一组织移植进入体内。

       【9】Science：基因疗法进入成熟阶段
        doi：10.1126/science.aan4672
       经过三十年挫折的磨砺，基因疗法（通过修改人的DNA来治疗疾病的过程）不再是医学上的未来事情，而是当前临床治疗工具包的一部分。 2018年1月12日，发表在Science期刊上的一篇标题为“Gene therapy comes of age”的论文深入地且及时地回顾了导致开发出几种成功地治疗严重疾病患者的基因疗法的关键进展。
       美国国家卫生研究院（NIH）下属的国家心脏、肺部与血液研究所（NHLBI）血液部门高级研究员Cynthia E. Dunbar博士为这篇论文的共同通信作者。这篇论文也讨论了新兴的基因组编辑技术。根据Dunbar和她的同事们的说法，包括CRISPR/Cas9在内的这些方法将为精准地校正或改变个人基因组提供方法，这应该会转化为更加广泛的和更加有效的基因疗法。
       基因疗法旨在将遗传物质导入到细胞中来补偿或校正异常的基因。举例来说，如果一个发生突变的基因导致损伤或促进一种必需的蛋白消失，那么基因疗法可能能够引入这个基因的正常拷贝来恢复该蛋白的功能。
       【10】Cell Stem Cell：基因疗法能够恢复I型糖尿病小鼠的血糖水平
        doi：10.1016/j.stem.2017.11.020
       I型糖尿病是一类慢性的自体免疫疾病，主要病因是免疫系统攻击摧毁了产生胰岛素的beta细胞，从而导 致血糖含量无法控制。根据最近发表在《Cell Stem Cell》杂志上的一篇文章，一种基因疗法能够提高糖尿病小鼠beta细胞长期的存活率，并且能够使得血糖水平得到长期的稳定。利用AAV病毒载体运送两个名为Pdx1以及MafA的蛋白进入胰腺，能够对alpha细胞进行重编程，进而使其转变为能够产生胰岛素的beta细胞。
       “这项研究首次描述了一种能够转化的，简单的治疗这一自体免疫疾病的疗法，而且并不会出现免疫抑制疗法产生的副作用”。该研究的资深作者，来自匹司堡大学医学院的George Gittes说道。
       世界上有9&的人受到了糖尿比你的困扰，而治疗该疾病的主要目标则是维持与恢复beta细胞的活性。然而，传统的细胞移植疗法会由于自体免疫系统的攻击而难以存活，因此治疗结果往往不佳。另外一个潜在的疗法是通过遗传工程的手段将其它细胞转变为beta细胞，为了验证这一方法的有效性，来自匹斯堡大学的研究者们通过AAV载体将两个小鼠胰腺蛋白Pdx1与MafA转入I型糖尿病小鼠体内，试图将充足的alpha细胞转变为beta细胞。

（本文来源生物谷）

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