▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯

2021年，為了救治身患重病的嬰兒，一對夫婦找到了新加坡國立大學(xué)楊潞齡醫(yī)學(xué)院的研究團隊。他們僅僅一歲大的女兒多次全身性癲癇發(fā)作，并且不止一次進入了危險的癲癇持續(xù)狀態(tài)。更要命的是，盡管嘗試使用了多種藥物，但她的癲癇癥狀仍難以控制。除了癲癇，她還出現(xiàn)了全面發(fā)育遲緩。

基因測序找到了這名患兒患上癲癇的原因，那就是KCNA2基因的一處致病突變。

作為一類神經(jīng)系統(tǒng)疾病，癲癇與神經(jīng)元的過度活躍有關(guān)。正常情況下，鉀離子可以抑制神經(jīng)元興奮水平。然而，一旦鉀離子通道失效、導(dǎo)致鉀離子無法順利流出，神經(jīng)元活性就有失控的風(fēng)險。

而KCNA2正是編碼電壓門控鉀通道的重要基因。研究團隊發(fā)現(xiàn)，這位女孩KCNA2基因上出現(xiàn)的，是一種未被表征過的c.1220C>G錯義突變。這種致病突變會導(dǎo)致鉀通道功能缺陷，造成嬰兒早期的癲癇發(fā)作。

基于這一致病機制，新加坡國立大學(xué)楊潞齡醫(yī)學(xué)院研究助理教授黃華（Hua Huang）領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，為這位超級罕見病（N-of-1疾病）患兒探索了一款全新的基因療法。近期，這項研究成果發(fā)表于《分子治療——核酸》（Molecular Therapeutics - Nucleic Acids）期刊。

近些年來，能夠改變基因表達的反義寡核苷酸（ASO）療法展現(xiàn)出了治療多種遺傳性疾病的潛力，成為新分子療法的新興力量。

其中，一類常見的ASO療法通過空間位阻機制（steric block）來影響基因表達。這類ASO療法可以阻斷與剪接因子的結(jié)合，導(dǎo)致剪接轉(zhuǎn)換、抑制mRNA的生成，最終降低致病蛋白的水平。例如，最新研究的團隊此前在Pain期刊的一篇論文中，使用剪接轉(zhuǎn)換ASO來破壞疼痛靶點TRPA1通道全長mRNA的產(chǎn)生。目前已有數(shù)款空間位阻型ASO療法獲得FDA批準(zhǔn)，分別用于治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）和脊髓性肌萎縮癥（SMA）。

而在最新論文中，研究團隊關(guān)注的是另一類ASO作用機制——由核糖核酸酶H（RNase H）介導(dǎo)的mRNA降解機制。研究人員介紹稱，作為一種特殊的ASO，間隔體反義寡核苷酸（Gapmer ASO）包含一個未修飾DNA的中心“間隙”區(qū)域，側(cè)翼則是2'-MOE修飾的核苷酸。其中，未修飾DNA與RNA的結(jié)合使得Gapmer ASO具有RNase H活性，可以激活RNase H介導(dǎo)的互補RNA降解，從而導(dǎo)致基因產(chǎn)物減少。

目前，已有Gapmer ASO藥物獲批，分別用于治療純合型家族性高膽固醇血癥，以及轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性多發(fā)性神經(jīng)病。此外，靶向鈉通道基因SCN1A以治療耐藥性癲癇的Gapmer ASO藥物正在臨床試驗階段。

“Gapmer ASO可以設(shè)計成區(qū)分野生型和致病mRNA之間的單核苷酸差異，因此非常適合治療單基因突變引起的罕見病。”研究團隊指出，基于這些優(yōu)勢，他們決定對Gapmer ASO進行改造，以開發(fā)治療KCNA2突變癲癇的療法。

在這項研究中，一項主要挑戰(zhàn)是設(shè)計出對突變mRNA具有高度選擇性和效力的Gapmer ASO。為此，研究團隊在Gapmer ASO的側(cè)翼引入了鎖核酸 (LNA) 核苷酸。通過縮水作用，LNA核苷酸在戊糖的2'氧和4'碳之間通過亞甲基橋鍵相連，形成雙環(huán)結(jié)構(gòu)。

“據(jù)報道，這種構(gòu)象能增強完全匹配的堿基對的堿基堆疊，并減少了不匹配堿基對的穩(wěn)定堆疊相互作用，從而有助于提高Gapmer ASO的效力和特異性。”研究團隊介紹道。通過這項設(shè)計，Gapmer ASO能夠選擇性降解突變型mRNA，同時允許剩余的野生型亞基形成功能通道。

在完成了對Gapmer ASO的改造后，研究團隊使用脂質(zhì)納米顆粒（LNP）解決了向神經(jīng)元遞送藥物的難題。在概念驗證中，由LNP封裝的ASO被成功遞送至皮層神經(jīng)元中，選擇性抑制了鉀通道的突變亞基，有效增加了鉀離子的流動。

論文指出，ASO的使用相對簡單，可以設(shè)計精準(zhǔn)治療藥物，以選擇性地靶向任何基因，同時將脫靶效應(yīng)降至最低或至少可預(yù)測。此外，核酸療法在體內(nèi)給藥的安全性也在疫情期間LNP-mRNA疫苗的接種中得到驗證。

由此，這項研究為故事開頭攜帶獨特基因突變的患兒探索了一款潛在的“N-of-1”療法。目前，這位4歲的女孩患有共濟失調(diào)，無法獨立活動，仍然在等待能夠特異性治愈其疾病的藥物問世。需要指出的是，這項研究工作還處于早期階段，需要在實驗室模型中進行進一步測試，然后才能進入臨床試驗。

盡管該療法目前似乎是專為一名患者設(shè)計，但從中得出的原理可以推廣用于治療具有類似突變的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。研究人員希望，該療法能夠在未來10到20年內(nèi)，為超過1000名因離子通道病而患上嚴(yán)重癲癇的患者提供治愈希望。

“文獻中報道了許多與癲癇有關(guān)的KCNA2突變。我們目前的工作是針對每種突變設(shè)計和測試Gapmer ASO，希望我們可以推廣這種技術(shù)，用于治療由基因編碼序列突變引起的KCNA2相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病。”研究團隊展望道。

“我們的研究不僅旨在解決這種特定突變帶來的獨特挑戰(zhàn)，也源于我們團隊對于改善患者生活質(zhì)量的愿望，”論文共同作者，新加坡國立大學(xué)楊潞齡醫(yī)學(xué)院宋德華（Soong Tuck Wah）教授談道，“由于該療法在針對導(dǎo)致癲癇的特定基因突變方面顯示出希望，我們希望最終為患有這種疾病和其他類似基因突變的患者提供新的治療選擇。”

參考資料：

[1] Hua Huang et al, Targeting heterozygous dominant negative variant of KCNA2 using Gapmer ASO for the treatment of drug-resistant epilepsy, Molecular Therapy—Nucleic Acids (2024). DOI: 10.1016/j.omtn.2024.102316

[2] Huang H, Tay SH, Ng W, Ng SY, Soong TW. Targeting novel human transient receptor potential ankyrin 1 splice variation with splice-switching antisense oligonucleotides. Pain. 2021 Jul 1;162(7):2097-2109. doi: 10.1097/j.pain.0000000000002216

[3] Novel gene therapy offers hope for epilepsy patients. Retrieved October 9th, 2024 from https://medicine.nus.edu.sg/news/novel-gene-therapy-offers-hope-for-epilepsy-patients/

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