粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院閆森團隊開發(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)再生研究院閆森團隊與南京大學張辰宇/陳熹團隊合作在國際權(quán)威學術(shù)期刊《Brain》在線發(fā)表研究論文“In vivoself-assembled siRNAs ameliorate neurological pathology in TDP-43-associated neurodegenerative disease”。該研究開發(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更簡便、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RNA穩(wěn)態(tài)具有重要的作用。在病理情況下，TDP-43會從細胞核中清除和在細胞質(zhì)中形成聚集體，從而介導了神經(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siRNA或ASO等小核酸分子與靶基因堿基互補配對特異性地抑制其表達，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”問題。傳統(tǒng)的RNAi給藥方式依賴顱內(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入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。因此，需要開發(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)源性細胞可以選擇性地將 miRNA 包裝到小細胞外囊泡（small extracellular vesicles, sEVs）中， sEVs攜帶miRNA 遞送到受體細胞中抑制靶基因的表達。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)保護和運輸小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)的問題。研究團隊創(chuàng)新性地基于合成生物學原理設(shè)計了一個靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs的合成構(gòu)建體（質(zhì)粒DNA形式），包含了三個核心功能模塊：CMV高效啟動子、TDP-43 siRNAs表達骨架以及靶向神經(jīng)元的RVG-Lamp2a融合蛋白標簽。靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs通過靜脈注射進入機體后會被肝臟攝取吸收，其后肝臟細胞會表達體內(nèi)自組裝siRNAs各個功能模塊，表達合成pre-miRNA經(jīng)過內(nèi)源性miRNA加工機制形成成熟的TDP-43 siRNAs，并且這些TDP-43 siRNAs會自發(fā)組裝到RVG肽修飾的sEVs中。這些sEVs能夠攜帶TDP-43 siRNAs會進入血液循環(huán)，最終RVG靶向標簽的作用下通過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的表達水平。
靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs的設(shè)計和原理
為了評估體內(nèi)自組裝siRNAs在減輕TDP-43相關(guān)病理方面的治療效果，研究團隊通過立體定向注射突變TDP-43 (M337V)病毒進入紋狀體構(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模型小鼠的運動功能障礙得到有效改善，外源性TDP-43表達水平降低，神經(jīng)元丟失和膠質(zhì)細胞增生有所減少。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，研究團隊進一步開發(fā)了一種長效的體內(nèi)自組裝siRNAs遞送策略。AAV8高效靶向肝細胞的能力，將其與靶向TDP-43的體內(nèi)自組裝siRNAs相結(jié)合，使其在肝臟中長效和穩(wěn)定表達，從而實現(xiàn)只需單次靜脈注射給藥即可實現(xiàn)長期和持續(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AAV8的體內(nèi)自組裝siRNAs為TDP-43相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的長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更簡便、更高效的治療策略。
本論文共同第一作者為暨南大學博士研究生吳健豪和南京大學博士研究生郭經(jīng)緯。暨南大學閆森研究員以及南京大學陳熹教授和張辰宇教授為本論文的通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、廣州市腦科學重點研究計劃、暨南大學、廣東省科技廳，廣州市科技局，廣東省非人靈長類動物模型研究重點實驗室、暨南大學李曉江老師、李世華老師的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/brain/awaf330
責編：蘇倩怡