▎藥明康德內容團隊編輯

還記得那對“半路出家”投身朊病毒病研究的學霸夫妻嗎？ 妻子被確診患有致命的遺傳性朊病毒病后，夫妻二人毅然改行投身科學研究，期望能找到破局之法，他們的研究成果去年榮登著名學術期刊《科學》。僅僅半年后，他們又與堿基編輯領域的先驅劉如謙（David Liu）教授攜手合作，共同開發出一種針對朊病毒病的基因編輯治療策略。在動物模型實驗中，該療法成功將朊病毒病小鼠的壽命延長了50%，展現出巨大的應用潛力，有望成為一種一勞永逸、根治朊病毒病的一次性療法。在本文中，藥明康德內容團隊將帶領讀者一同回顧這對夫妻的科研歷程，并深入了解他們的最新科學進展。

▲Eric Minikel（左）和Sonia Vallabh（右）（圖片來源：博德研究所）

命運的拐點

2009年，正在哈佛法學院攻讀法律職業文憑的Sonia Vallabh迎來了人生的幸福時刻，她與正在麻省理工學院攻讀城市規劃與交通碩士的Eric Minikel走入了婚姻殿堂。但僅僅一年之后，一場重大變故徹底改變了這對新人的人生軌跡。

2010年，Vallabh的母親開始出現視力模糊的癥狀，但病情迅速惡化，各種癥狀接踵而至，她的身體狀況急轉直下，很快便失去了行走能力，無法與人正常交流，甚至無法進食……在出現癥狀后的短短10個月，Vallabh的母親便在恐懼中離世。在這段艱難的時光里，始終無人知曉真正的病因，直到尸檢報告無情地揭露了真相。

Vallabh的母親死于致死性家族性失眠癥（fatal familial insomnia，FFI），這是一種遺傳性朊病毒病。在我們的大腦中，存在一類名為朊病毒蛋白（prion protein，PrP）的細胞表面蛋白。在正常情況下，PrP并不會對健康造成不良影響。然而，一旦PrP發生構象改變，便會引發一系列連鎖反應。錯誤折疊的PrP會形成有毒的聚集體，并在大腦內不斷擴散傳播，最終導致神經元死亡，這類疾病便是致命且無法治愈的朊病毒病。

圖片來源：123RF

我們最為熟知的朊病毒病便是具有傳染性的瘋牛病，除此之外，還有一些朊病毒病是由基因突變引起的，Vallabh母親所患的致死性家族性失眠癥便是由PRNP D178N突變所致。PRNP D178N突變屬于常染色體顯性遺傳，這意味著Vallabh有50%的概率繼承這一致命突變。

從零開始，逆天改命

不幸的是，Vallabh發現自己正是那50%中的一員，她同樣攜帶了這一致病突變。面對似乎已注定的命運——重蹈母親的覆轍，靜候癥狀的出現與惡化，直至生命的終結，Vallabh與丈夫選擇了不屈抗爭。他們毅然決定從零開始，踏入生物學領域，尋求自救之道。

2014年，憑借不懈的努力與堅定的決心，兩人同時申請到博德研究所（Broad Institute）攻讀博士學位。五年后，他們順利畢業，并在博德研究所組建了自己的實驗室。他們的實驗室專注于一個核心目標：致力于在有生之年預防和治療朊病毒疾病。

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令人驚嘆的是，這對半路出家的科學家在研究領域迅速嶄露頭角，取得了顯著的進展。

2019年，夫妻二人與合作者在PNAS期刊上發表了利用現有工具監測腦脊液中PrP水平的新策略；一年后，他們又在Nucleic Acids Research雜志上提出通過反義寡核苷酸（ASO）介導的PrP抑制策略。該策略表明，即使僅抑制25%的PrP，也可以顯著延長感染朊病毒小鼠的生存期并延遲疾病發作。值得一提的是，目前基于這一策略所開發的ASO候選藥物ION717已進入臨床試驗階段。

與此同時，Vallabh和Minikel并未停下探索的腳步。他們與Whitehead生物醫學研究所（Whitehead Institute for Biomedical Research）的Jonathan Weissman教授合作開發了一款名為CHARM的表觀遺傳編輯工具，能夠沉默整個大腦中編碼PrP的基因，為致命性朊病毒病以及其他由有害蛋白聚集引起的神經退行性疾病患者提供了潛在的治療策略。這一研究成果登上《科學》雜志。

與時間賽跑，不斷突破

在短時間內取得了如此顯著的成就后，這對夫妻并未滿足于現狀，而是繼續與時間賽跑。近日，他們與劉如謙教授團隊合作，在《自然-醫學》上發表了最新研究成果。

在這項研究中，合作團隊共同開發出了一種創新的基因編輯療法，用于治療朊病毒病。在表達人類PRNP基因的轉基因朊病毒小鼠模型中，研究人員采用堿基編輯技術永久性地修改了PRNP基因位點，從而顯著降低了小鼠大腦中PrP的表達水平。這一方法不僅使大腦中致病的朊病毒蛋白水平降低達60%，而且成功地將小鼠的壽命延長了約50%，首次證實降低朊病毒蛋白水平可顯著延長感染朊病毒蛋白動物的壽命，為治療朊病毒病帶來了新的希望。

鑒于當前朊病毒病尚無根治之法，該療法標志著向預防疾病進展或緩解已出現癥狀的朊病毒病患者病情的治療策略邁出的重要一步。尤為值得一提的是，堿基編輯療法在此展現出巨大的潛力，有望作為一種一次性治療方法，惠及所有朊病毒病患者，無論其致病基因突變類型如何。事實上，早在這篇研究發布之前，Vallabh和Minikel就已經開始著手探索如何將基因編輯技術應用于朊病毒病的預防和治療。

回溯至2013年CRISPR-Cas9基因編輯技術誕生之初，Vallabh與Minikel就開始思索，是否能利用這一革命性技術來破壞編碼朊病毒蛋白的基因。2018年，同樣就職于博德研究所的劉如謙教授主動向二人尋求合作，彼時他的實驗室剛剛研發出堿基編輯技術。劉教授提議通過諸如在遺傳密碼中引入“終止”編碼信號等策略，有效停止致病蛋白質的合成。為治療朊病毒病提供新的思路。

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而另一個關鍵發現最終促成了這項合作。Vallabh和Minikel在研究gnomAD等群體數據庫時發現，PRNP基因中自然發生的突變R37X能降低PrP蛋白的表達水平，并且不會對人體產生有害的副作用。這一發現給他們帶來了希望，即利用堿基編輯技術引入相同的突變基因，可能會對朊病毒病起到保護作用。

在事后的回憶中，Minikel表示：“我們意識到，這是利用人類遺傳學為堿基編輯技術提供關鍵信息的絕佳契機。”

雙AAV載體助力腦部精準藥物遞送

在這項研究中，研究團隊成功證明了堿基編輯器能夠在人體細胞中高效地植入PRNP R37X突變，并且幾乎不會產生不必要的副產物。然而，為了實現治療效果，研究人員需要將堿基編輯器精準地遞送至大腦。

為此，研究小組開發了一對腺相關病毒（AAV）載體。這些AAV載體能夠通過直接注入中樞神經系統，或通過外周注射高效穿越血腦屏障來轉導神經元細胞，從而將堿基編輯器包裝并遞送至腦細胞中。每個AAV載體均包含一個U6啟動子，用于表達編碼PRNP R37X的單向導RNA（sgRNA）。此外，每個載體還分別包含融合了蛋白質內含肽（intein）的堿基編輯器的一半。當兩種載體共同轉導時，功能性堿基編輯器得以重建。

隨后，研究人員將AAV注射入感染了人類朊病毒蛋白的小鼠體內。結果 顯示，在預期進行編輯的基因拷貝中，該編輯系統成功植入了R37X突變，平均編輯成功率達到37%。與未處理的小鼠相比，朊病毒蛋白水平降低了50%，小鼠的壽命也延長了約50%。

為了進一步優化該編輯系統，科學家們對其進行了多方面的改進，旨在提高編輯效率并限制向非靶向組織的遞送。通過改進后的系統，研究人員在AAV劑量降低6倍的情況下，觀察到朊病毒蛋白水平降低了63%。

未來，研究團隊計劃將堿基編輯載荷的體積縮小，因為雙AAV的生產成本相對較高。此外，他們還打算開發一種策略，利用先導編輯技術（該技術能夠進行比單個堿基變化更復雜的DNA編輯）來植入一種保護性突變。這種突變不會完全關閉蛋白質的生產流程，而是確保朊病毒蛋白本身具有良性特性，從而為治療朊病毒病提供更安全有效的途徑。

盡管目前的研究成果令人鼓舞，但對于這對積極與命運抗爭的夫妻來說，將這些科學發現轉化為成熟的臨床療法仍是一條漫長而充滿挑戰的征途。正如Minikel在采訪中所言，“要將這一成果發展為臨床療法，我們還有很長的路要走。但看到目前展現出的諸多可能性，確實令人感到非常興奮。”

時至今日，朊病毒病的死亡陰影依舊籠罩著他們，同時也威脅著全球眾多患者的生命，作為兼具患者與朊病毒病研究前沿科學家雙重身份的人物，恐怕沒有人比Vallabh更能深刻體會這些患者所面臨的困境和絕望。他們的抗爭，既是為了自我救贖，也是為了無數同病相憐的患者爭取希望。我們期待這對勇敢的夫妻能夠在抗擊朊病毒的征程上取得更多勝利，祝愿他們早日達成所愿——在有生之年讓朊病毒病成為一種可防可治的疾病。

參考資料：

[1] An, M., Davis, J.R., Levy, J.M. et al. In vivo base editing extends lifespan of a humanized mouse model of prion disease. Nat Med (2025). https://doi.org/10.1038/s41591-024-03466-w

[2] Gene editing extends lifespan in mouse model of prion disease，Retrieved Jan 17, 2025 from https://www.broadinstitute.org/news/gene-editing-extends-lifespan-mouse-model-prion-disease

[3] A CHARMed collaboration created a potent therapy candidate for fatal prion diseases. Retrieved Jan 17, 2025 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1048956

[4] Vallabh, S. M. et al. Prion protein quantification in human cerebrospinal fluid as a tool for prion disease drug development. PNAS 201901947 (2019)

[5] Minikel, E. V. et al. Prion protein lowering is a disease-modifying therapy across prion disease stages, strains and endpoints. Nucleic Acids Res. (2020)

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