Ⅰ型原发性高草酸尿症（Primary hyperoxaluria type 1, PH1）是一种常染色体隐性遗传的致死性泌尿系结石病。PH1患者编码肝脏丙氨酸-乙醛酸转氨酶（AGT）的AGXT基因发生突变，导致肝脏内乙醛酸大量累积，然后被氧化成草酸并经肾脏排出，形成高草酸尿症和复发性尿石症，严重损伤肾脏等多器官功能。80%的PH1患者在青春期前发病，表现为肾钙化、复发性草酸钙肾结石发作和肾功能进行性下降，逐渐发展为终末期肾病（ESRD），最终死于肾衰竭。超50% 的PH1患者在青春期前 发展为ESRD。目前，肝肾联合移植是PH1唯一的根治手段，但器官供体缺乏、终身服用抗排异药物等因素极大地阻碍了该疗法的开展。开发安全、高效且具有广泛应用价值的PH1根治策略是目前PH1研究的重点。
近日，复旦大学附属儿科医院耿红全团队/华东师范大学李大力团队/上海交通大学医学院附属新华医院崔心刚团队在Science China Life Sciences杂志上发表了题为“Lipid nanoparticle-mediated base-editing of the Hao1 gene achieves sustainable primary hyperoxaluria type 1 therapy in rats”的工作。该工作利用纳米脂质体（LNP）在体递送单碱基编辑器至PH1模型大鼠体内，实现了PH1大鼠体内的草酸代谢的关键基因Hao1基因的高效编辑，破坏了Hao1基因的表达，使尿草酸的长期正常化，消除了肾脏草酸钙沉积和结构破坏，恢复肾脏正常的生理状态，达到了一次给药根治PH1的目的。
该研究通过大鼠Hao1基因和人HAO1基因序列对比，寻找两者相似序列和关键的位点，并在细胞上进行编辑效率和编辑后基因功能变化的测试。细胞实验结果显示，碱基编辑器在测试的大鼠Hao1基因位点中，能够实现Hao1基因敲除的位点编辑效率最高的是Hao1 c.290-2 A，可达78.4%。因此，该研究选择该位点进行动物实验。
研究团队将碱基编辑器包装至纳米脂质体中并通过尾静脉将注射至3周龄的PH1大鼠体内，持续检测治疗效果和安全性。深度测度发现，1mg/kg剂量的LNP-ABE实现了PH1大鼠肝脏Hao1基因的高效编辑（64.94 ±1.63%），破坏了Hao1基因的表达（图1）。疗效方面，治疗后PH1大鼠尿草酸水平完全降低至野生型大鼠水平，未见明显的草酸钙沉积和肾脏病理变化，实现了PH1的长效治愈（图2）；安全性方面，没有检测到治疗引起的明显的脱靶编辑、肝脏毒性以及肿瘤相关基因表达的改变（图3）。通过不同剂量LNP-ABE给药，并检测PH1大鼠Hao1基因编辑效率和尿草酸水平，该研究发现实现尿草酸水平正常化的最低编辑效率须高于60%，为后续实验优化剂量提高安全性奠定了基础。
图3. 治疗没有引起明显的脱靶编辑、肝脏毒性以及肿瘤相关基因表达的改变
博士研究生张德鑫、郑锐博士和陈周彤博士为该研究论文的并列第一作者，复旦大学儿科医院泌尿外科的耿红全、华东师范大学生命科学学院的李大力和上海交通大学医学院附属新华医院的崔心刚为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目和上海市科学技术委员会项目的资助。
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