用新的基因编辑技术纠正肌肉干细胞的突变

　　一种新的基因编辑技术可以用来纠正肌肉干细胞的突变，为基因肌肉疾病的第一次潜在细胞治疗铺平了道路。由Simone Spuler教授领导的ECRC小组在近期的《JCI Insight 》杂志上发表了他们的发现。
　　肌肉干细胞使我们的肌肉能够通过运动建立和再生。但是，如果某些肌肉基因发生突变，则会发生相反的情况。在患有肌营养不良症的患者中，骨骼肌在儿童时期已经开始减弱。突然间，这些孩子不再能够跑步、弹钢琴或爬楼梯，而且他们往往在15岁时就依赖轮椅。目前，这种情况没有好的方法。现在，我们可以使用CRISPR-Cas9技术获取这些患者的基因突变。我们在Charité门诊照顾2,000多名肌肉紊乱患者，并迅速认识到这项新技术的潜力。
　　Simone Spuler教授，实验和临床研究中心(ECRC)肌肉实验室主任
　　研究人员立即开始与一些受影响的家庭合作。在研究的家庭中，父母都很健康，不知道他们有一个突变的基因。孩子们则都从父母那里遗传了一份疾病突变的基因副本。
　　肌肉干细胞在小鼠体内发育成肌纤维
　　＂肌肉营养不良症＂一词指的是大约50种不同的疾病。＂他们都采取相同的过程，但由于不同基因的突变不同，＂Spuler解释说。＂甚至在基因内部，不同的位点也会发生变异。＂在对所有患者进行基因组分析后，研究人员选择了一个家族，因为他们是这种疾病的特殊形式：肌营养不良症2D/R3比较常见，进展迅速，并且有一个与DNA突变接近的＂基因剪刀＂的合适的停靠点。
　　为了进行这项研究，研究人员从一名10岁的病人身上抽取肌肉组织样本，分离干细胞，体外扩增这些干细胞，并利用编辑来取代突变位点上的一对碱基。然后，他们将编辑过的肌肉干细胞注射到小鼠肌肉中，这些肌肉可以耐受外来的人类细胞。它们在啮齿类动物中繁殖，大部分发育成肌肉纤维。＂有了这个，我们第一次证明了用健康的肌肉细胞代替患病的肌肉细胞是可能的，＂Spuler说。经过进一步的测试，修复后的干细胞将重新引入病人。
　　基础编辑-一种复杂的技术
　　基础编辑是CRISPR-Cas9基因编辑工具的更新和高度复杂的变体.在＂经典＂方法中，这两条DNA都是用这些分子剪刀剪断的，而用于碱基编辑的CAS酶只是从某个特定的碱基中截取残余的葡萄糖，并附加一个不同的碱基，从而在靶部位形成一个不同的碱基。Spuler团队的分子生物学家海伦娜·埃斯科巴博士说：＂这个工具更像镊子，而不是剪刀，对于基因的定点突变来说是完美的。＂＂这也是一种安全得多的方法，因为不想要的改变是极其罕见的。在基因修复的肌肉干细胞中，我们没有看到在基因组的非预期区域出现任何错误编辑。＂Escobar是这项研究的主要作者，也是开发肌肉细胞技术的人。
　　自体细胞疗法--包括移除患者自身的干细胞，在身体外编辑干细胞，然后将它们注射回肌肉--将不会让已经坐轮椅的患者再次行走。＂我们无法修复已经萎缩并被结缔组织所取代的肌肉，＂Spuler强调。而且可以在体外编辑的细胞数量也是有限的。然而，这项研究提供了第一个证据，证明一种治疗方式甚至可以治疗一组以前无法治愈的疾病，并且可以用于修复小的肌肉缺损，如指屈肌的缺损。
　　接近治愈的一步
　　但这只是第一步。＂下一个里程碑将是找到一种将基本编辑器直接注射到病人体内的方法。一旦进入人体，它就会‘游’一会儿，编辑所有的肌肉干细胞，然后迅速再次崩溃。＂这个团队希望很快在老鼠模型上开始第一次试验。如果这也有效的话，新生儿可以在未来进行相应的基因突变测试，并且可以在需要编辑的细胞相对较少的时候开始治疗。
　　那么，在体内治疗肌肉营养不良症的具体方法是什么呢？这是科学家们用病毒载体在动物模型上试验了一段时间的东西。然而，海伦娜·埃斯科巴解释说，由于这些媒介在体内停留的时间太长，编辑错误和毒性影响的风险太大。这位分子生物学家说：＂另一种选择是让mRNA分子包含编辑在体内合成工具的信息。＂＂mRNA在体内迅速分解，因此治疗酶只能在短时间内保持活性状态。＂如果有必要的话，这种治疗可能也可以重复。＂我们还不知道这是否需要一个涉及多个应用的治疗周期。＂
　　这一治疗途径意味着，与自体细胞疗法不同，并不是每个患者都需要单独治疗。对于每一种形式的肌肉治疗，一个＂工具＂将足以治愈肌肉萎缩，甚至发生重大损害。但是，就目前而言，这仍是很长的路要走。
　　更多内容：Escobar, H., et al. (2021) Base editing repairs an SGCA mutation in human primary muscle stem cells. JCI Insight. doi.org/10.1172/jci.insight.145994.