作者：武鑫
試想未來(lái)的一個(gè)治療場(chǎng)景：非酒精性脂肪肝慢性疾病患者每天只需要通過(guò)特制電子煙或?qū)Ｓ渺F化器定時(shí)定量吸入香氣分子，就可以在體內(nèi)長(zhǎng)期表達(dá)治療蛋白，而避免了傳統(tǒng)的注射或口服藥物的治療方式，治療過(guò)程變得輕松無(wú)痛且依從性高。這樣的場(chǎng)景如今已不再是設(shè)想，科學(xué)家們已在小鼠體內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)該設(shè)想。論文通訊作者，華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員葉海峰表示：九游會(huì)j9會(huì)利用臨床批準(zhǔn)的病毒系統(tǒng)提前將“基因開(kāi)關(guān)”導(dǎo)入體內(nèi)，通過(guò)“聞香”遠(yuǎn)程打開(kāi)體內(nèi)的“基因開(kāi)關(guān)”，表達(dá)治療蛋白。這項(xiàng)技術(shù)在治療慢性疾?。ㄈ绶蔷凭灾靖尾『瓦^(guò)敏性哮喘）方面顯示出潛力，為未來(lái)人類疾病的治療提供了一種新穎而精準(zhǔn)的策略。
AAVMUSE介導(dǎo)的“聞香”療法用于慢性疾病的治療
2024年2月6日，華東師范大學(xué)葉海峰團(tuán)隊(duì)在Nature Communication上在線發(fā)表題為 AAV-delivered muscone-induced transgene system for treating chronic diseases in mice via inhalation的研究工作，成功開(kāi)發(fā)了“香氣分子”麝香酮（muscone）調(diào)控的基因表達(dá)精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，并將其裝載在腺相關(guān)病毒AAV載體中（被命名為AAVMUSE），實(shí)現(xiàn)無(wú)針無(wú)痛、患者依從性高的可控式基因療法。以“聞香”這種便捷的方式控制治療藥物的表達(dá)釋放，為臨床治療慢性疾病提供了一種新的理念和策略。
1. 為AAV介導(dǎo)的基因治療裝上“按開(kāi)關(guān)的手”
合成生物學(xué)是利用工程學(xué)的思想，通過(guò)合理組裝標(biāo)準(zhǔn)化模塊，創(chuàng)造出具有特定功能的基因網(wǎng)絡(luò)或新的生命個(gè)體。利用合成生物學(xué)方法，可控式基因表達(dá)系統(tǒng)不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，從小分子化學(xué)物質(zhì)調(diào)控系統(tǒng)到超聲波、磁、熱等遠(yuǎn)距離調(diào)控系統(tǒng)，再到具有時(shí)空特異性的光調(diào)控系統(tǒng)、具有的快速響應(yīng)的電調(diào)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，它們?yōu)椴煌膊〉闹委熖峁┝硕鄻拥慕鉀Q方案。當(dāng)這些調(diào)控系統(tǒng)與基因治療、細(xì)胞治療相結(jié)合，可對(duì)基因或細(xì)胞行為進(jìn)行精準(zhǔn)控制，用于基因編輯、基因重組、以及構(gòu)建智能細(xì)胞藥物工廠等。
葉海峰研究團(tuán)隊(duì)一直致力于開(kāi)發(fā)綠色小分子調(diào)控的基因開(kāi)關(guān)，克服傳統(tǒng)化學(xué)小分子如抗生素、食品添加劑帶來(lái)的安全爭(zhēng)議。2019年開(kāi)發(fā)了原兒茶酸調(diào)控的基因開(kāi)關(guān)，通過(guò)“喝綠茶”的方式調(diào)控基因表達(dá)，用于治療糖尿。2021年開(kāi)發(fā)了白藜蘆醇調(diào)控的基因開(kāi)關(guān)，通過(guò)“喝紅酒”的方式調(diào)控基因表達(dá)，用于治療癌癥。如今又開(kāi)發(fā)了“聞香”調(diào)控基因表達(dá)系統(tǒng)，并將其裝載在基因治療載體腺相關(guān)病毒AAV中，長(zhǎng)期安全有效地控制基因表達(dá)，并成功治療非酒精性脂肪肝和哮喘兩種慢性疾。迪摯煽厥交蛑瘟疲圖1）。
圖1 AAV介導(dǎo)的麝香酮調(diào)控基因環(huán)路工作示意圖
2. 麝香酮“開(kāi)關(guān)”如何實(shí)現(xiàn) “聞香治病”？
芳香療法在日常生活中常用于心理疾病治療，通過(guò)吸入芳香精油，能夠緩解壓力，舒緩心情，研究者試想能否將該“聞香療法”應(yīng)用于慢性疾病中？麝香酮是中藥材麝香的主要活性成分，是一種具有揮發(fā)性和香氣的臨床藥物，已被國(guó)家批準(zhǔn)用于食品、藥品、以及香水中。鑒于麝香酮的安全性、揮發(fā)性，研究人員基于感應(yīng)麝香酮的小鼠嗅覺(jué)受體MOR215-1和合成的cAMP響應(yīng)的啟動(dòng)子（PCRE），在體外成功構(gòu)建了低背景、高誘導(dǎo)的麝香酮調(diào)控的基因環(huán)路（muscone-regulated gene circuit, MUSE）。當(dāng)麝香酮與G蛋白偶聯(lián)受體MOR215-1結(jié)合后，激活胞內(nèi)的cAMP信號(hào)通路，隨后使得響應(yīng)cAMP的結(jié)合蛋白1（cyclic-AMP response binding protein, CREB1）磷酸化后結(jié)合到PCRE啟動(dòng)子上，進(jìn)而啟動(dòng)目的基因表達(dá)（圖2）。體外驗(yàn)證結(jié)果顯示，麝香酮與細(xì)胞在沒(méi)有直接接觸的情況下，麝香酮自身的揮發(fā)性，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控基因的表達(dá)。
圖 2 MUSE的工作原理圖
3. MUSE經(jīng)AAV病毒載體遞送至小鼠體內(nèi)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期調(diào)控效果
基因治療載體腺相關(guān)病毒AAV已被美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)為臨床基因治療載體，該載體安全性高，免疫原性低，體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)，血清型多，且具有組織特異性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2018年，世界范圍內(nèi)已完成或正在進(jìn)行的AAV基因藥物臨床試驗(yàn)已有145項(xiàng)，在腦部疾病、眼部疾病以及血友病中具有良好應(yīng)用前景。但是AAV遞送的基因會(huì)持續(xù)過(guò)量表達(dá)，產(chǎn)生毒副作用，基于上述問(wèn)題，九游會(huì)j9試圖將可控式基因環(huán)路與基因治療相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)基因治療的設(shè)想。
因此九游會(huì)j9將麝香酮調(diào)控基因環(huán)路裝載在AAV病毒載體中，設(shè)計(jì)構(gòu)建了AAV介導(dǎo)的麝香酮調(diào)控的基因環(huán)路（AAVMUSE），利用AAV的多器官靶向性將該環(huán)路轉(zhuǎn)導(dǎo)至肝臟或肺部，通過(guò)定期“聞香”實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期精準(zhǔn)控制蛋白藥物的表達(dá)釋放（圖3和圖4）。
圖 3 AAVMUSE在小鼠肝臟中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)28周的調(diào)控效果
圖 4 AAVMUSE在小鼠肺部實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)20周的調(diào)控
4. AAVMUSE在非酒精性脂肪性肝炎以及過(guò)敏性哮喘模型中的治療
目前慢性疾病的治療通常需要反復(fù)注射或口服藥物，這導(dǎo)致患者的依從性差，且藥物毒副作用大，迫切需要開(kāi)發(fā)安全可靠以及患者依從性高的治療策略。研究者將AAVMUSE應(yīng)用于非酒精性脂肪性肝炎（NAFLD）和過(guò)敏性哮喘（allergic asthma）疾病的治療中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在非酒精性脂肪性肝炎（NAFLD）模型小鼠中，AAVMUSE經(jīng)AAV2/9遞送至肝組織后能夠精準(zhǔn)調(diào)控ΔhFGF21產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)28周的治療；在過(guò)敏性哮喘模型小鼠中，AAVMUSE經(jīng)AAV2/6和AAV2/lung聯(lián)合遞送至肺組織后能夠精準(zhǔn)控制ΔmIL-4產(chǎn)生, 成功預(yù)防該疾病發(fā)展。僅注射一次AAVMUSE，而后通過(guò)定時(shí)定量吸入麝香酮即可原位精準(zhǔn)、持續(xù)地誘導(dǎo)治療蛋白表達(dá)，達(dá)到“聞香”治療慢性疾病的目的（圖5）。
圖 5 麝香酮調(diào)控系統(tǒng)在慢性疾病治療中的應(yīng)用
綜上，該研究中所構(gòu)建的芳香小分子麝香酮調(diào)控基因環(huán)路可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程誘導(dǎo)、高效精準(zhǔn)調(diào)控基因表達(dá)，為合成生物學(xué)提供了新的調(diào)控工具，也為可控性的基因治療研究提供了新方法，有助于推動(dòng)基因療法在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)的“聞香”基因療法也為慢性疾病提供了一種無(wú)創(chuàng)無(wú)痛的治療方式，為未來(lái)開(kāi)發(fā)更有效、更安全、更精準(zhǔn)的個(gè)性化疾病治療方法奠定了基礎(chǔ)。
華東師大生命科學(xué)學(xué)院2023屆博士畢業(yè)生武鑫、2020屆博士畢業(yè)生于袁歡、副研究員王美艷為該論文的第一作者，葉海峰教授為該論文的通訊作者。該研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科委的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45383-z
九游會(huì)j9生物有幸為研究者提供實(shí)驗(yàn)中使用的rAAV2/6、rAAV2/lung載體，以實(shí)際行動(dòng)助力基礎(chǔ)科學(xué)研究！
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