撰文 | 胡小话
责编 | 翊竑
肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞痴呆（FTD）是两种在成人中发作的神经退行性疾病，目前认为C9ORF72 (C9) 基因第一个内含子中的GGGGCC（G4C2）六核苷酸重复序列扩增（HRE）是ALS和FTD最常见的遗传性因素。在C9ORF72 基因产生的三个转录本中（分别是V1，V2和V3），丰度最高的V2启动子区域附近的HRE会抑制其转录从而导致C9ORF72蛋白的单倍剂量不足，而定位于V1和V3的HRE则会产生RNA foci并最终被翻译为具有细胞毒性的二肽重复序列蛋白（poyl(GP) DPR）。因此，科学家们推测C9ORF72 基因中HRE的致病性是由蛋白功能丧失和细胞毒性这两部分所构成【1】。
反义寡核苷酸（ASO）可以通过调节RNA剪接或促进致病RNA的靶向降解来发挥治疗效果【2】。此外，ASO已经被广泛用于治疗一些中枢神经系统显性遗传性疾病，例如由SOD1基因突变引起的ALS。那么是否可以针对C9orf72 基因中的HRE来设计对应的ASO用于治疗由此引发的神经系统疾病呢？目前，这一科学假设还没有得到实验验证。
2021年12月23日，来自马萨诸塞大学神经内科的Robert H. Brown Jr和Jonathan K. Watts教授合作在Nature Medicine杂志上发表了题为 Suppression of mutant C9orf72 expression by a potent mixed backbone antisense oligonucleotide的研究文章，他们合成并优化了针对C9ORF72基因G4C2重复序列的反义寡核苷酸，并在携带该遗传突变的病人中证明其可以安全有效的降低疾病标志物的水平。
考虑到C9ORF72蛋白不足对于疾病是不利的，作者合成了5条靶向到转录本V1和V3 5′端的ASO（ASO1-5），保留了转录本V2。接下来，作者对这5条ASO的安全性和有效性展开了多个层次的验证。
首先，作者在C9-ALS/FTD患者来源的成纤维细胞和C9BAC转基因小鼠的神经元细胞中证明这5条ASO可以降低V1和V3的表达，但是不影响V2的表达。小鼠实验结果显示ASO3和ASO5不仅具有很好的耐受性，还可以有效降低疾病标志物--poly(GP)DPR蛋白的表达水平，但是由于ASO3会导致小鼠体重的显著降低，作者最终选择了ASO5进行了后续的探究。
ASO5含有一个完全修饰的硫代磷酸酯（PS）骨架，而PS修饰会增加ASO5的稳定性以及与蛋白结合的能力，从而促进其细胞吸收但同时也会升高其细胞毒性【3】。为了能够进一步的提升ASO5的耐受性，作者减少了ASO5上PS修饰的数目，并最终得到一条耐受性和有效性最佳的反义寡核苷酸—ASO5-2。
接下来，作者分别在C9BAC转基因小鼠以及羊和猴子这类大型动物中展开了临床前的测试，这些实验结果共同表明鞘内注射ASO5-2不仅是安全的，并会显著降低C9BAC转基因小鼠中poly(GP)DPR蛋白的水平。
基于临床前试验令人鼓舞的结果，在伦理审查委员会和FDA的授权下，作者对一名携带C9ORF72突变的非典型运动神经元功能障碍患者用ASO5-2通过鞘内注射的方式进行给药治疗（具体的给药剂量和给药方式如下图所示）。临床试验结果显示，当连续以2mg/kg的剂量给药之后，该患者的脑脊液中poly(GP)DPR蛋白水平下降了80%，且没有表现出明显的副作用。
图：ASO5-2（Afinerson）的临床试验总结
综上，该研究团队的工作首次证实了ASO疗法可以有效且安全的抑制C9ORF72突变患者疾病标志物的水平，提示抑制C9ORF72突变基因的表达可能在临床上有益。值得一提的是，目前一项更大规模的临床试验正在对这一科学设想展开检验。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41591-021-01557-6
制版人：十一
参考文献
1. Cook, C. & Petrucelli, L. Genetic convergence brings clarity to the enigmatic red line in ALS. Neuron 101, 1057–1069 (2019).
2. Jafar-Nejad, P. et al. The atlas of RNase H antisense oligonucleotide distribution and activity in the CNS of rodents and non-human primates following central administration. Nucleic Acids Res. 49, 657–673 (2020).
3. Eckstein, F. Phosphorothioates, essential components of therapeutic oligonucleotides. Nucleic Acid Ther. 24, 374–387 (2014).
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