粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院閆森團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)新型治療TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的基因治療策略
暨南大學(xué)融媒體中心訊 9月8日，粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院閆森團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)張辰宇/陳熹團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Brain》在線(xiàn)發(fā)表研究論文“In vivoself-assembled siRNAs ameliorate neurological pathology in TDP-43-associated neurodegenerative disease”。該研究開(kāi)發(fā)了一種新型的治療TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的基因治療策略。這一策略克服了傳統(tǒng)siRNA遞送方法的局限性，為治療包括ALS和FTD在內(nèi)的TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病提供了一個(gè)更簡(jiǎn)便、更安全、更高效的治療策略。
論文截圖
肌萎縮側(cè)索硬化癥（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是毀滅性的神經(jīng)退行性疾病，患者通常在發(fā)病后幾年內(nèi)死亡。TDP-43陽(yáng)性包涵體在大多數(shù)ALS病例（約97%）和約45%的額顳葉癡呆（Frontotemporal Dementia, FTD）病例中均有被發(fā)現(xiàn)。TDP-43是一種多功能的RNA結(jié)合蛋白，對(duì)RNA穩(wěn)態(tài)具有重要的作用。在病理情況下，TDP-43會(huì)從細(xì)胞核中清除和在細(xì)胞質(zhì)中形成聚集體，從而介導(dǎo)了神經(jīng)退行性病變。此外，TDP-43作為一種神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵病理蛋白也與多種神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，如阿爾茲海默癥、帕金森病和亨廷頓舞蹈癥等。
RNA干擾（RNA interfering, RNAi）是通過(guò)siRNA或ASO等小核酸分子與靶基因堿基互補(bǔ)配對(duì)特異性地抑制其表達(dá)，在神經(jīng)退行性疾病只治療中有良好的應(yīng)用前景。但在RNAi應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病仍面臨一些重大挑戰(zhàn)，其中最主要的是“遞送”問(wèn)題。傳統(tǒng)的RNAi給藥方式依賴(lài)顱內(nèi)注射，有創(chuàng)傷且容易引發(fā)神經(jīng)炎癥。納米顆粒載體雖然能夠靜脈注射，但可能存在免疫原性和難以突破血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。因此，需要開(kāi)發(fā)更安全、更高效、非侵入性的RNAi給藥策略用于治療神經(jīng)退行性疾病是很有必要的。
內(nèi)源性細(xì)胞可以選擇性地將 miRNA 包裝到小細(xì)胞外囊泡（small extracellular vesicles, sEVs）中， sEVs攜帶miRNA 遞送到受體細(xì)胞中抑制靶基因的表達(dá)。并且sEVs具有低免疫原性和良好的生物相容性，能夠在體內(nèi)保護(hù)和運(yùn)輸小RNA，以及可工程化穿越血腦屏障的潛力。因此，內(nèi)源性sEVs系統(tǒng)可能是克服siRNAs遞送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地基于合成生物學(xué)原理設(shè)計(jì)了一個(gè)靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs的合成構(gòu)建體（質(zhì)粒DNA形式），包含了三個(gè)核心功能模塊：CMV高效啟動(dòng)子、TDP-43 siRNAs表達(dá)骨架以及靶向神經(jīng)元的RVG-Lamp2a融合蛋白標(biāo)簽。靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs通過(guò)靜脈注射進(jìn)入機(jī)體后會(huì)被肝臟攝取吸收，其后肝臟細(xì)胞會(huì)表達(dá)體內(nèi)自組裝siRNAs各個(gè)功能模塊，表達(dá)合成pre-miRNA經(jīng)過(guò)內(nèi)源性miRNA加工機(jī)制形成成熟的TDP-43 siRNAs，并且這些TDP-43 siRNAs會(huì)自發(fā)組裝到RVG肽修飾的sEVs中。這些sEVs能夠攜帶TDP-43 siRNAs會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)，最終RVG靶向標(biāo)簽的作用下通過(guò)血腦屏障高效地遞送到神經(jīng)中樞系統(tǒng)，靶向TDP-43 mRNA從而降低TDP-43的表達(dá)水平。
靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs的設(shè)計(jì)和原理
為了評(píng)估體內(nèi)自組裝siRNAs在減輕TDP-43相關(guān)病理方面的治療效果，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)立體定向注射突變TDP-43 (M337V)病毒進(jìn)入紋狀體構(gòu)建了TDP-43疾病小鼠模型。然后每周兩次給藥體內(nèi)自組裝siRNAs，共計(jì)四周。結(jié)果發(fā)現(xiàn)靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs給藥治療后，TDP-43模型小鼠的運(yùn)動(dòng)功能障礙得到有效改善，外源性TDP-43表達(dá)水平降低，神經(jīng)元丟失和膠質(zhì)細(xì)胞增生有所減少。因此，這些結(jié)果顯示出了靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs具有治療TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的治療潛力。
基于上述研究，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種長(zhǎng)效的體內(nèi)自組裝siRNAs遞送策略。AAV8高效靶向肝細(xì)胞的能力，將其與靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs相結(jié)合，使其在肝臟中長(zhǎng)效和穩(wěn)定表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)只需單次靜脈注射給藥即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期和持續(xù)的治療效果。這種給藥策略減少了給藥次數(shù)，治療效果良好，且臨床適用性好。因此基于A(yíng)AV8的體內(nèi)自組裝siRNAs為T(mén)DP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的長(zhǎng)期治療提供了具有良好應(yīng)用前景的給藥策略。
綜上所述，本研究為治療與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的TDP-43病理提供了一種全新的治療策略。這一策略克服了傳統(tǒng)siRNA遞送方法的局限性，為治療包括ALS和FTD在內(nèi)的TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病提供了一個(gè)更簡(jiǎn)便、更高效的治療策略。
本論文共同第一作者為暨南大學(xué)博士研究生吳健豪和南京大學(xué)博士研究生郭經(jīng)緯。暨南大學(xué)閆森研究員以及南京大學(xué)陳熹教授和張辰宇教授為本論文的通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣州市腦科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、暨南大學(xué)、廣東省科技廳，廣州市科技局，廣東省非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物模型研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、暨南大學(xué)李曉江老師、李世華老師的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/brain/awaf330
責(zé)編：蘇倩怡