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AAV-CRISPR/Cas9系统可有效改善LDLR突变所致的动脉粥样硬化


    

家族性高胆固醇血症(FH)的特点是低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平显著升高和过早发生心血管疾病。FH是一种常染色体显性遗传病,具有基因剂量效应,由编码低密度脂蛋白受体(LDLR)、载脂蛋白B(APOB)或枯草溶菌素转化酶9(PCSK9)的基因突变引起的。其中,90%的FH是由LDLR突变导致的。LDLR的突变导致功能性LDLR的表达水平较低,肝脏对血液循环中LDL-C的清除能力下降,进而使血液循环中的LDL-C过量,从而导致动脉粥样硬化斑块的发生和发展。动脉粥样硬化的严重程度与肝组织中低密度脂蛋白受体的水平和活性密切相关。

 

大多数国家纯合子FH(HoFH)的发病率为百万分之一,在婴幼儿时期就迅速发展为严重的动脉粥样硬化和心血管疾病,并导致早死。杂合子FH患者(HeFH)具有功能性LDLR蛋白,因此目前的FH药物治疗(例如MG-CoA还原酶抑制剂(他汀类))通常只对HeFH有效,而高强度他汀类药物和PCSK9抑制剂对HoFH的治疗效果非常有限。这些差异表明即使低水平的LDLR表达和活性也可以显著影响FH的严重程度和发展速度。

 

CRISPR/Cas9系统是一种有效的基因编辑工具,可以在DNA水平上对病理突变进行校正,是治疗基因缺陷引起的人类疾病的一种有希望的疗法。腺相关病毒(AAV)由于其高安全性以及稳定长效表达,被视为最有前景的基因治疗载体。利用AAV进行的基因治疗目前已被批准用于80多种疾病,并已用于临床试验。

 

2019年11月29日,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌课题组与交通大学国际妇幼保健院黄荷凤团队在Circulation杂志上发表了题为“In Vivo AAV-CRISPR/Cas9-mediated Gene Editing Ameliorates Atherosclerosis in Familial Hypercholesterolemia” 的文章,研究生赵欢等人并列一作。发现了AAV-CRISPR/Cas9系统对携带Ldlr突变的小鼠(赛业生物构建)进行的LDLR基因校正能够部分地修复LDLR表达并有效改善LDLR突变体中的动脉粥样硬化,为FH患者的治疗提供潜在的治疗方法。

 

AAV-CRISPR/Cas9

 

为了确定AAV-CRISPR/Cas9系统进行的体内体细胞基因编辑是否可以治疗小鼠模型中Ldlr突变引起的FH。研究人员在LDLR基因组中含有无义突变而患有家族性高胆固醇血症的个体的基础上,构建了一个小鼠品系LdlrE208X,在LDLR基因的第四外显子中含有无义突变,在高脂饮食喂养后,肝脏中无LDLR蛋白表达,发生严重的动脉粥样硬化。

 

脉动脉粥样硬化病变

图1. 主动脉动脉粥样硬化病变的油红O染色图像及小鼠血浆总胆固醇、总甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇水平对比

 

通过使用AAV-CRISPR/Cas9系统在LdlrE208X小鼠体内进行基因编辑,校正了一部分肝细胞的Ldlr突变,其中LDLR蛋白表达恢复了一部分(n = 6)。与对照组(n = 6)相比,经AAV-CRISPR/Cas9系统处理过的LdlrE208X小鼠(n = 6)血清中的总胆固醇、总甘油三酯和LDL-C水平显著降低,主动脉粥样硬化斑块较小、巨噬细胞浸润程度较低并有效减轻LdlrE208X小鼠肝脏脂肪蓄积。这些结果表明,通过AAV-CRISPR/Cas9系统进行的体内基因编辑可能是一种有前途的HoFH治疗方法,同时可能有助于改善当前降脂药物的疗效。

 

AAV-CRISPR/Cas9

图2. AAV-CRISPR/Cas9治疗后LdlrE208X小鼠中LDLR表达的部分恢复和动脉粥样硬化的改善

 

该研究证明了AAV-CRISPR/Cas9系统是校正HoFH体细胞基因突变的有效方法。随着全基因组测序成本的降低,对家庭成员和胎儿进行筛查将变得更加方便和容易,因此,在疾病进展的早期阶段识别FH,从而可以通过基因校正进行早期治疗。将来,AAV提供的CRISPR/Cas9系统可用于校正遗传性心血管疾病中的一些体细胞基因突变,从而改善甚至修复疾病。

 

有哪些创新点

1. 为人家族性高胆固醇血症发病机制的研究提供了一种新的模型:含E208X无义突变的LdlrE208X小鼠。

2. 通过单次注射AAV-CRISPR/Cas9对LdlrE208X小鼠进行体内基因编辑可以减少脂质积累并改善动脉粥样硬化。

 

原文检索:

In Vivo AAV-CRISPR/Cas9-mediated Gene Editing Ameliorates Atherosclerosis in Familial Hypercholesterolemia.

DOI:10.1161/CIRURCHA1191:042476.

 

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