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PNAS:新方法有望消除杜氏肌营养不良症小鼠对基因治疗的免疫反应

2018/09/06 来源:生物探索
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导读
杜氏肌营养不良是一种X染色体隐性遗传疾病,主要发生于男孩。全球每5000个男孩中就有1个生来就患有这种致残性疾病。该病源于肌肉中一种称为肌营养不良蛋白的基因突变。近日,斯坦福大学医学院的研究人员证明,在基因治疗杜氏营养不良症模型中,DNA质粒可以在增强肌肉力量的同时降低机体对肌营养不良蛋白的免疫力。


图片来源: CC0 Public Domain

杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)患者一般在3-5岁开始发病,最早表现出进行性腿部肌无力(爬楼梯困难),导致不便行走。12岁时失去行走能力,常年与轮椅为伴,20 -30岁因呼吸衰竭而死亡。

斯坦福大学神经学和神经科学及儿科教授Lawrence Steinman博士说,“基因疗法正逐步成为治疗单基因疾病的主流方法,但有一个问题:如果给予基因有缺陷的人一个产生正常蛋白质的基因,那么该机体的免疫系统就会对正常蛋白质产生免疫反应,在某种情况下这是致命的,这种正常蛋白对于机体来说是外源蛋白。我们认为我们已经解决了这个问题。”

研究结果于9月3日以“Engineered DNA plasmid reduces immunity to dystrophin while improving muscle force in a model of gene therapy of Duchenne dystrophy”为题发表在《Proceedings of The National Academy of Sciences》网络版上。Steinman教授是这项研究的资深作者,主要作者是资深研究科学家Peggy Ho博士。

病毒传播

杜氏肌营养不良症是单基因病,这使其成为基因治疗的一个很好的候选者。治疗方法是通过联合擅长感染细胞的病毒,然后迫使每个入侵细胞的生殖机制复制其自身的病毒基因。对于基因治疗,通过消除不需要的基因、保留感染所必需的基因以及添加要传递给患者的治疗基因来修饰病毒。

编码抗肌萎缩蛋白的基因对于携带基因的病毒来说太大了。幸运的是,整个基因的一小部分就足以产生一种合理功能的肌营养不良蛋白,称为微抗肌萎缩蛋白。这个被删节的基因很适合于一个病毒传递工具。它是由研究的共同作者、华盛顿大学神经学、医学和生物化学教授Jeffrey Chamberlain博士不久前所设计的。

诱导耐受

但仍有一个棘手的自身免疫问题。为了解决这个问题,Steinman和他的同事们将微抗肌萎缩蛋白的基因拼接到一种称为质粒的不同类型的输送载体中。

质粒是一种微小的DNA环,细菌经常通过频繁交换来传播重要的特性,比如耐药性。研究人员选择的特定的细菌质粒通常包含几个短的DNA序列或基序,免疫系统会识别这些序列或基序,并对其产生强烈的反应。

但是几年前,Steinman和其他几位斯坦福的科学家——包括Ho和共同作者William Robinson博士,想出了如何用另一组DNA序列来取代那些复杂的DNA基序,这些DNA序列非但没有加剧免疫反应,反而抑制了它。这种免疫耐受诱导质粒已经在两种不同的自身免疫性疾病的临床试验中得到应用,并取得了良好的效果。

在这项新的研究中,研究人员连环出击(one-two punch)对自身免疫的小鼠提供基因治疗和保护的微小基因病毒载体质粒,然后在质粒中辅助诱导对微抗肌萎缩蛋白的耐受性。

15只6周大的小鼠被注射了携带微抗肌萎缩蛋白的病毒,一周后,它们被分成三组,分别注射32周的假溶液、假溶液加上微抗肌萎缩蛋白基因缺失的耐受诱导质粒、或者带有微营养不良基因的质粒。

32周的试验结束时,携带微抗肌萎缩蛋白质粒的小鼠的肌肉力量明显增强,产生肌营养不良的纤维也明显增多。它们在免疫细胞之间携带炎性信息的关键血源信号化学物质水平较低,对微营养不良蛋白的免疫原性部分抗体反应减弱。

Steinman说:“目前研究还处于早期阶段,毕竟这是一项小鼠实验,但我们似乎可以通过将感兴趣的蛋白质的基因插入质粒,来诱导对多种以前具有免疫原性的蛋白的耐受性。我们已经在1型糖尿病患者的胰岛素前体和多发性硬化患者的髓磷脂中发现了这一点。现在看来,这个概念似乎也适用于基因治疗。”

责编:风铃

参考资料

Scientists engineer way to prevent immune response to gene therapy in mice

Engineered DNA plasmid reduces immunity to dystrophin while improving muscle force in a model of gene therapy of Duchenne dystrophy

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