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特异性靶向治疗杜氏肌营养不良症(DMD)的新型疗法是什么?

近日,在美国FDA召开的专家咨询会议中,针对Sarepta Therapeutics和罗氏(Roche)联合开发的SRP-9001这一基因疗法,FDA细胞、组织和基因治疗咨询委员会(CTGTAC)以8:6的微弱投票优势对其通过加速审批通道上市予以支持。作为一款特异性靶向治疗杜氏肌营养不良症(DMD)的新型疗法,SRP-9001通过AAV递送编码基因,促使微肌营养不良蛋白增加以改善患者的肌肉功能。

 

DMD基因疗法

 

尽管SRP-9001已获得委员会的支持,但最终审查结果犹未可知。FDA可能存在的顾虑在哪里?其安全性和有效性到底能否得到认可?

 

这里我们从临床前研究的角度出发,围绕以下几个要点,一起走近DMD基因治疗及其相关疾病模型:

1.关于杜氏肌营养不良症

2.代表性基因疗法及相关模型:AAV补充mini基因、ASO跳跃外显子、CRISPR基因编辑

3.针对疾病模型短板可采用怎样的创新策略

 

关于杜氏肌营养不良症

杜氏肌营养不良症是由DMD突变导致的抗肌萎缩蛋白功能异常,最终造成肌肉进行性坏死的X染色体隐性遗传性罕见病。其发病率约为36/10万,中国约有6-10万患者,属于罕见病中的常见病,是全球最常见的肌营养不良类型。

 

DMD代表性基因疗法及相关模型

DMD的基因治疗主要分为三个类型:通过AAV补充mini dystrophin或micro-dystrophin;ASO跳跃外显子疗法;CRISPR基因编辑。

 

通过AAV补充mini dystrophin或micro-dystrophin

如果能起到作用的话,这种疗法所适用的患者范围有可能是最广的,因为补充疗法对不同突变情况的患者都可能起作用。Sarepta、Roche、Solid等公司正在布局这类AAV递送mini dystrophin或micro-dystrophin疗法,其中属SRP-9001进展最快。

 

该管线的临床前动物实验用到的是DMD疾病研究经典模型mdx[1],mdx小鼠23号外显子的CAA密码子突变为TAA终止密码子进而导致基因表达异常。mdx小鼠虽然出现了DMD的疾病表型,但相对于患者的实际情况来说:

(1)mdx小鼠表型更轻微,特别是在纤维肌溶解、肌肉萎缩方面;

(2)mdx小鼠的寿命大概是正常小鼠的80%,而DMD患者的寿命平均只有健康人群的1/3;

(3)mdx小鼠突变位点在E23,并非热点突变位置,不太符合疾病同源性

 

另外,mdx小鼠的不同背景表型还存在有些许不同的情况,这使得在mdx小鼠上进行研究需要考虑更多因素。

 

ASO跳跃外显子疗法

作为DMD相关基因治疗管线中数量最多的一种,ASO跳跃外显子疗法得益于ASO的靶向性强、易于合成等优势,Sarepta、Nippon、DYNE等药企都有所布局,靶向跳跃的外显子有44、45、50、51、53等,且文献中也出现多个外显子跳跃疗法。

 

Nippon的管线NS-065/NCNP-01通过ASO靶向跳跃外显子53,临床前动物实验使用了mdx52小鼠[2],该小鼠Dmd基因的52号外显子缺失,导致在E53上终止翻译。mdx52小鼠相对于mdx小鼠来说,虽然突变位点更接近于患者的热点突变位置,更适合ASO基因治疗,但在鼠源Dmd基因上筛选用于靶向人DMD基因的特异性ASO是存在一定风险的,因为人和小鼠之间存在一定的DMD基因序列差异

 

mdx小鼠非常不适合用于ASO跳跃疗法,特别是ASO药物特异性跳跃23号之后的外显子的情况下,因为mdx小鼠在E23上已经有终止子,而跳跃其后的外显子无法带来行为学方面的药效反应,仅通过mRNA表达水平来评估药效是匮乏的。

 

有的文献还使用了hDMDΔ52/mdx模型检测ASO跳跃疗法的药效[3],该模型是通过TG转入人全长DMD并敲除E52导致阅读框破坏,然后与mdx小鼠进行杂交而构建的。hDMDΔ52/mdx模型虽然具有人DMD全长蛋白,但其DMD基因插入位置未知,不是X染色体,且需要进一步与mdx小鼠杂交,模型构建比较复杂。

 

CRISPR基因编辑疗法

该疗法在DMD疾病上的进展比较缓慢,其中一个原因是由于缺乏可以满足特异性药物靶点筛选及药物预见性的DMD疾病模型。CRD-TMH-001是第一个基于CRISPR治疗DMD的管线,目前已获批IND。

 

在文献中也出现不少CRISPR治疗DMD的成功案例,如通过CBE胞嘧啶编辑器去除终止子,使得Dmd基因可以继续翻译,该实验使用了Δ50;h51KI模型[4]。该模型是将小鼠Dmd的E51进行人源化,敲除E50并在E51上引入终止子。相对于mdx52,CRISPR编辑疗法使用的模型Δ50;h51KI对药物靶向序列的人源化要求程度更高,这也是CRISPR基因编辑疗法所必须要考虑的重要因素,因为脱靶给患者带来的负面影响是不可估量的。但同时,与hDMDΔ52/mdx相比,Δ50;h51KI模型具有人源化区域不足的缺点。

 

强势破局的人源化小鼠

鉴于DMD基因的突变特点及现有模型的缺点,如构建复杂、Tg导致基因插入位点不确定、人源化区域不足和突变非热点突变等问题,赛业生物自主研发了DMD疾病模型,除了经典模型mdx小鼠,还有DMD(hE8-30)、DMD(hE44-45)、DMD(hE49-53)等DMD热点突变区域人源化小鼠。另外,我们可以通过在野生型人源化小鼠的基础上进行基因再修饰,进一步构建热点突变人源化疾病模型,为研究提供更理想的对照组和实验组。

 

赛业生物hDMD小鼠特点

● 拥有热点突变区域的野生型及在此基础上构建的点突变人源化疾病模型

● 可以直接在已有的野生型人源化基础上定制不同的点突变,提高效率及成功率

● 人源化区域包括大部分药物靶向区域,更适合可用于药物筛选及药效研究,特别是ASO、CRISPR、siRNA等基因治疗相关药物

●人DMD基因原位插入,拷贝数确定,可稳定遗传

 

赛业生物

DMD

疾病模型

mdx(E23,C-T)

DMD(hE8-30)

DMD(hE44-45)、MT

DMD(hE49-53)、MT

 

HUGO-GTTM全基因组人源化模型构建计划

不仅是DMD,针对视网膜色素变性(RP)、黄斑变性(AMD)、帕金森病(PD)等多种疾病类型,如果要深入研究其致病机理,长片段甚至全基因组人源化小鼠是更好的选择。但全基因组替换所需的技术难度高,大规模引入的外源序列可能会影响原本基因的表达调控。

 

为此,赛业生物启动了HUGO-GTTM计划,基于自主研发的TurboKnockout-Pro技术,对鼠源基因实现原位替换,成功构建了涵盖更丰富干预靶点的全基因组人源化小鼠。HUGO-GTTM小鼠搭载了更高效的大片段载体融合技术,可以作为万能模板进行针对性的突变定制服务,是更贴近真实世界生物机制的药物临床前研究模型。

 

DMD基因疗法或加速上市

参考文献:

[1] Ryder-Cook AS, Sicinski P, Thomas K, et al. Localization of the mdx mutation within the mouse dystrophin gene. [J]. EMBO,1988.

[2] Mizobe Y , Miyatake S , Takizawa H , et al. In Vivo Evaluation of Single-Exon and Multiexon Skipping in mdx52 Mice[J].Methods Mol Biol, 2018.

[3] Hoen P A C ' ,  Meijer E J D ,  Boer J M , et al. Generation and Characterization of Transgenic Mice with the Full-length Human DMD Gene[J]. Journal of Biological Chemistry, 2008, 283.

[4]Zhang Y, Li H, Nishiyama T, McAnally JR , et al. A humanized knockin mouse model of Duchenne muscular dystrophy and its correction by CRISPR-Cas therapeutic gene editing[J]. Mol Ther Nucleic Acids. 2022.

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