近期,基因编辑、RNA编辑及小核酸疗法领域取得多项突破性进展:
➢ADAR介导的RNA编辑:10月17日,Wave Life Sciences宣布全球首个基于ADAR的RNA编辑疗法WVE-006完成临床概念验证,数据表现积极[1];
➢碱基(Base)编辑:11月6日,Beam Therapeutics将在美国血液学会(ASH)年会上公布其碱基编辑疗法BEAM-101的早期临床概念验证数据。该疗法显著提高镰状细胞病(SCD)患者的胎儿血红蛋白(HbF)水平[2]。
➢CRISPR基因编辑:11月16日,Intellia Therapeutics开发的ATTR淀粉样变性基因编辑疗法Nexiguran ziclumeran的研究成果发表于《新英格兰医学杂志》(NEJM)。数据显示,该疗法可持久降低疾病指标超过90%,疗效持续两年[3]。
➢RNA干扰(RNAi):11月17日,RNAi疗法先驱Alnylam公布其第三代TTR靶向RNAi药物Nucresiran的早期临床数据,单次给药即可实现半年疗效[4]。
这些进展充分展示了基于DNA/RNA疗法的巨大潜力。在此背景下,ABCA4作为首个进入临床的RNA外显子编辑疗法靶点备受关注,或将成为下一代基因及RNA疗法的重要突破方向。
图1 全球首个体内RNA外显子编辑疗法ACDN-01于年初获批进入临床试验[5]
ABCA4与Stargardt病(STGD)
黄斑是视网膜的中心区域,负责“高分辨率”的彩色视觉。老年性黄斑变性(AMD)和单基因黄斑变性均可能导致失明。其中,单基因黄斑变性通常发病于青少年,病情更为严重,患者可能逐渐丧失阅读、驾驶或面部识别能力,最终导致中心视力丧失。最常见的单基因黄斑变性为Stargardt病(STGD),每6,500人中约有1人患病,主要由ABCA4基因双等位基因功能丧失突变引起[6]。ABCA4蛋白是一种位于光感受器和视网膜色素上皮细胞中的膜转运蛋白,其主要功能是清除视紫红质光漂白后产生的有毒代谢产物,防止这些化合物在视网膜中堆积[7-8]。ABCA4基因的突变会导致毒性代谢产物如N-视黄基磷脂酰乙醇胺和脂褐素A2E的异常积累,从而引发视网膜色素上皮细胞和感光细胞的死亡,最终导致视网膜变性类疾病[7-8]。
图2 ABCA4蛋白在光感受器杆外节中的定位及其在视觉循环中的作用[8]
ABCA4:新型疗法的“试验田”
ABCA4基因变异约占遗传性视网膜疾病(IRD)病例的30%,具有广泛的患者基础[9]。尽管STGD是最常见的遗传性黄斑营养不良形式,但目前尚无有效治疗方法。由于ABCA4基因长度(约128 kb)及编码ABCA4蛋白理论所需的最短序列(6.8 kb)均超过AAV载体的递送上限(4.7 kb),传统基因补充疗法难以奏效[10]。此外,ABCA4基因中存在超过2,200种与疾病相关的变异,大多数为错义突变,其次为影响前mRNA剪接的突变[11]。这些特性使ABCA4成为基因编辑和RNA疗法等新型疗法的重要研究方向:
➢反义寡核苷酸(AON):ProQR Therapeutics开发的QR-1011通过校正异常剪接治疗STGD患者[12-13]。
➢RNA外显子编辑:Ascidian Therapeutics的ACDN-01可替换ABCA4 mRNA前22个外显子,理论上覆盖约70%的STGD患者[14-15]。
➢碱基编辑:Beam Therapeutics针对ABCA4基因常见突变开发了高效碱基编辑器,并在ABCA4人源化小鼠、非人灵长类动物和人类视网膜组织中取得了突变矫正效果[9,16]。
QR-1011和ACDN-01均已进入临床试验阶段。此外,多家机构在今年的视觉与眼科研究协会(ARVO)年会上展示了多种新型疗法的临床前验证数据。这些疗法包括基因编辑(如Cas9介导的编辑、转座子系统、SaKKH碱基编辑)、RNA编辑(如Cas13介导的RNA碱基编辑、ADAR介导的RNA编辑)、新型AAV载体疗法(mini-ABCA4蛋白、双AAV载体策略)、反义寡核苷酸(AON)以及同源性非依赖靶向整合(HITI)等[17-18]。
图3 反义寡核苷酸(AON)疗法QR-1011通过抑制病理性突变导致的外显子跳跃来治疗STGD[12]
人源化小鼠在基因/RNA编辑
疗法临床前评估中的应用
由于人类与小鼠在基因上的差异,以及基因编辑、RNA编辑和反义寡核苷酸(AON)疗法均靶向人类ABCA4基因,采用人源化小鼠模型可显著提高此类疗法的临床前体内评估精度。例如,Beam开发的碱基编辑疗法利用携带致病突变的人源化小鼠模型,成功评估了其体内编辑效率[16]。
图4 A-to-G碱基编辑器(ABE)在ABCA4 G1961E人源化小鼠体内成功实现突变矫正[16]
赛业生物自研ABCA4人源化模型
及人源化点突变模型
赛业生物开发了ABCA4全基因组替换的B6-hABCA4人源化小鼠模型(产品编号:C001551),并在此基础上构建了携带致病突变c.5461-10T>C的B6-hABCA4*c.5461-10T>C人源化点突变小鼠模型(产品编号:I001210),该模型能够在小鼠体内成功重现人类患者中ABCA4基因的异常剪接模式。
(1)B6-hABCA4小鼠
该模型仅表达人类ABCA4基因及其转录本,同时保持正常的视网膜结构和光感受器功能。
图5 B6-hABCA4小鼠成功表达人类ABCA4基因并保持正常的视网膜结构和光感受器功能
(2)B6-hABCA4*c.5461-10T>C小鼠
该小鼠是通过在B6-hABCA4小鼠基础上引入c.5461-10T>C突变构建。该突变导致剪接异常,产生39号外显子跳过及39–40号外显子跳过的异常转录本,并使正常ABCA4转录本减少,该突变也是ASO疗法QR-1011的靶向位点。基因表达和测序结果显示,该模型成功重现了患者体内的剪接缺陷和转录模式,为研究STGD相关疗法提供了重要工具。
图6 B6-hABCA4*c.5461-10T>C小鼠重现人类疾病患者中ABCA4的异常剪接模式
总 结
B6-hABCA4小鼠(产品编号:C001551)能够正常表达人类ABCA4基因,并保持视网膜结构、血管形态和光感受器功能的正常状态。基于该模型,赛业生物构建了携带c.5461-10T>C突变的B6-hABCA4*c.5461-10T>C小鼠(产品编号:I001210)。该突变导致异常剪接,产生跳过39号外显子及39–40号外显子的异常转录本,同时减少正常ABCA4转录本,成功重现了患者体内的剪接缺陷和异常转录本模式。这两种模型为Stargardt病(STGD)相关的新型疗法(如基因编辑、反义寡核苷酸、碱基编辑及RNA编辑)的临床前体内评估提供了重要工具。
此外,赛业生物还提供多种视网膜疾病的诱导性或遗传性小鼠模型,以及靶点人源化和全基因组人源化模型,满足科研人员在多种疾病研究及疗法开发中的不同需求。
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