4月21日，上海科技大學(xué)iHuman研究所鐘桂生課題組在國際學(xué)術(shù)期刊《神經(jīng)元》（Neuron）上發(fā)表了題為“Deciphering enhancers of hearing loss genes for efficient and targeted gene therapy of hereditary deafness”的研究成果，提出并驗證了一種創(chuàng)新的體內(nèi)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子重構(gòu)技術(shù)——ARBITER（AAV reporter-based in vivo transcriptional enhancer reconstruction）。這一突破不僅在耳蝸基礎(chǔ)科研領(lǐng)域開辟了新路徑，還在基因表達(dá)調(diào)控的底層機(jī)制研究和遺傳性耳聾精準(zhǔn)基因治療中展現(xiàn)了巨大的潛力。

無論對基礎(chǔ)科學(xué)研究還是臨床治療而言，如何在耳蝸等復(fù)雜微環(huán)境中實現(xiàn)對疾病相關(guān)基因的精確、靶向調(diào)控，一直是遺傳性耳聾治療領(lǐng)域面臨的巨大挑戰(zhàn)。鐘桂生團(tuán)隊獨創(chuàng)的ARBITER系統(tǒng)，將病毒載體與體內(nèi)增強(qiáng)子高通量篩選結(jié)合，成功找到并優(yōu)化了Slc26a5等耳聾核心基因的特異性增強(qiáng)子。研究發(fā)現(xiàn)，這些保守非編碼序列增強(qiáng)子如精密“指揮棒”，能夠特異性驅(qū)動外毛細(xì)胞對重要蛋白的高效表達(dá)，為重建感音細(xì)胞功能提供了分子“開關(guān)”。

該技術(shù)最大亮點在于實現(xiàn)了對耳蝸內(nèi)不同類型毛細(xì)胞的定向遞送和精準(zhǔn)表達(dá)，有效克服了以往病毒遞送脫靶、不安全、劑量高等難題。 ARBITER不僅能高效識別出如Slc26a5、Atoh1等關(guān)鍵增強(qiáng)子，還具備廣泛適用性，為外毛細(xì)胞和其他耳蝸細(xì)胞的靶向表達(dá)提供了全新技術(shù)基礎(chǔ)，極大地豐富了內(nèi)耳基因調(diào)控機(jī)制的理解，為未來推廣到多種耳聾類型甚至其他遺傳病治療帶來廣闊前景。

該研究不僅驗證了重構(gòu)增強(qiáng)子在樹鼩等模型動物中的保守性與跨物種有效性，還通過優(yōu)化增強(qiáng)子序列和遞送工具，顯著恢復(fù)了耳聾小鼠的聽力功能，其低劑量、高特異性的特點有望大幅降低治療風(fēng)險和成本，惠及全球聽障患者。

ARBITER系統(tǒng)的建立不僅標(biāo)志著耳蝸基礎(chǔ)研究的一項重要突破，也為遺傳性耳聾患者帶來了切實的治療希望。其在創(chuàng)新性、嚴(yán)謹(jǐn)性及臨床潛力方面均展現(xiàn)出卓越優(yōu)勢，為遺傳性耳聾的基因治療開辟了全新的路徑。為未來拓展到支持細(xì)胞、不同遺傳背景與更復(fù)雜疾病模型的基因治療提供了可行方案。此外，ARBITER方法還有助于深入理解非編碼序列與轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控關(guān)系，為人類發(fā)育與疾病研究打開新窗口。

利用ARBITER系統(tǒng)解析并重組了Slc26a5的調(diào)控增強(qiáng)子，結(jié)合體內(nèi)敲除小鼠模型驗證了增強(qiáng)子對基因調(diào)控的重要作用，并最終將重構(gòu)的細(xì)胞特異性增強(qiáng)子用于基因的精準(zhǔn)遞送，成功恢復(fù)了遺傳性耳聾小鼠的聽力。

上海科技大學(xué)iHuman研究所副研究員趙思蒙、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2021級博士研究生楊秋香、2022級博士研究生于澤華為該論文的共同第一作者，iHuman研究所研究員、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院常任副教授鐘桂生與趙思蒙為共同通訊作者。樹鼩模型研究得到了中國科學(xué)院昆明動物研究所姚永剛研究員的支持。本研究還得到姚永剛研究員的指導(dǎo)，上海科技大學(xué)生命學(xué)院常任副教授林照博、常任副教授馬涵慧為課題設(shè)計和實施提出了關(guān)鍵建議。上海科技大學(xué)為第一完成單位。

論文鏈接

● 華東師范大學(xué) 李大力教授

上海科技大學(xué)iHuman研究所鐘桂生團(tuán)隊在《神經(jīng)元》發(fā)表的研究展示了ARBITER系統(tǒng)的突破性潛力，這是一項非常重要的工作，不僅僅可用于耳聾基因治療，對其他組織相關(guān)疾病有重要的借鑒意義。ARBITER通過精準(zhǔn)篩選保守非編碼序列（CNEs），驅(qū)動Slc26a5在耳蝸毛細(xì)胞高效表達(dá)，在耳聾小鼠中顯著恢復(fù)聽力，為耳聾基因治療提供高效工具。其系統(tǒng)性方法揭示CNEs組合規(guī)律，樹立內(nèi)耳基因治療新標(biāo)桿，優(yōu)于當(dāng)前OTOF治療的不穩(wěn)定性。 與此同時可以探索ARBITER在支持細(xì)胞（如GJB2表達(dá)細(xì)胞）的應(yīng)用，拓寬耳聾治療范圍；結(jié)合計算模型優(yōu)化CNEs篩選，加速增強(qiáng)子開發(fā)；研究CNEs與轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控機(jī)制，深化內(nèi)耳發(fā)育理解。ARBITER不僅助力聽覺疾病的治療，還為內(nèi)耳生物學(xué)提供新工具。其低劑量、高特異性策略有望降低治療成本，惠及全球聽障患者，推動產(chǎn)業(yè)化。

●上海交通大學(xué) 仇子龍教授

耳科基因治療的難點之一，是如何將突變的基因或者基因編輯工具準(zhǔn)確的遞送進(jìn)耳蝸中基因突變受累最大的細(xì)胞中去。耳蝸中被基因突變影響而導(dǎo)致病人失去聽力的細(xì)胞類型包括數(shù)種高度分化的細(xì)胞，如毛細(xì)胞（HCs）、支持細(xì)胞（SCs）等。如何運用病毒載體例如AAV準(zhǔn)確的感染這些細(xì)胞，并且高效的在靶細(xì)胞中表達(dá)外源基因是重要的科學(xué)問題。

趙思蒙等人在Neuron上發(fā)表的研究通過ARBITER系統(tǒng)為耳蝸基因治療帶來了突破性進(jìn)展。我高度認(rèn)可該系統(tǒng)在快速解析耳聾基因增強(qiáng)子方面的創(chuàng)新性和普適性，尤其是在Atoh1、Slc26a5和Myo7a基因增強(qiáng)子識別及優(yōu)化中的應(yīng)用，為外毛細(xì)胞（OHCs）和HCs特異性表達(dá)提供了關(guān)鍵工具。這一成果深化了我們對耳蝸發(fā)育中基因調(diào)控機(jī)制的理解，為遺傳性耳聾的安全基因治療奠定了重要基礎(chǔ)。ARBITER可用于其他耳蝸細(xì)胞類型（如SCs）的增強(qiáng)子篩選，以覆蓋更廣泛的耳聾病因，提升治療的全面性。 同時，將優(yōu)化后的增強(qiáng)子應(yīng)用于更復(fù)雜的耳聾模型，驗證其在不同遺傳背景下的療效，加快臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程。期待這一系系統(tǒng)盡快在耳聾基因治療的臨床實驗中進(jìn)入實戰(zhàn)應(yīng)用，將耳聾基因治療的技術(shù)水平推向細(xì)胞特異性的層面，為患者帶來更大的福音。

●北京生命科學(xué)研究所 劉志勇教授

細(xì)胞類型特異性的AAV載體是基因治療效果成敗的關(guān)鍵因素。上海科技大學(xué)iHuman研究所鐘桂生課題組在《Neuron》期刊發(fā)表的研究論文“Deciphering enhancers of hearing loss genes for efficient and targeted gene therapy of hereditary deafness”，展示了一項具有開創(chuàng)性的技術(shù)平臺——ARBITER（AAV reporter-based in vivo transcriptional enhancer reconstruction）。該系統(tǒng)通過整合我們課題組及其他聽覺研究團(tuán)隊此前發(fā)布的毛細(xì)胞ATAC-seq數(shù)據(jù)，結(jié)合體內(nèi)增強(qiáng)子篩選與AAV載體技術(shù)，成功破解了基因在耳蝸不同細(xì)胞亞型中的特異性調(diào)控“密碼”，為遺傳性耳聾的精準(zhǔn)治療提供了全新工具。ARBITER的核心創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 實現(xiàn)細(xì)胞類型特異性的高效靶向：通過體內(nèi)驗證Slc26a5增強(qiáng)子（E1+E2）的功能，ARBITER實現(xiàn)了對耳蝸外毛細(xì)胞的高度特異性和高效轉(zhuǎn)導(dǎo)，克服了傳統(tǒng)AAV基因治療在靶向精準(zhǔn)性方面的瓶頸。在聽覺系統(tǒng)這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)胞類型多樣的環(huán)境中，這一精準(zhǔn)性尤為關(guān)鍵。

2. 展現(xiàn)跨物種驗證的轉(zhuǎn)化前景：研究在樹鼩模型中驗證了增強(qiáng)子序列的保守性及其在體內(nèi)的安全性，為未來向人類臨床轉(zhuǎn)化奠定了堅實基礎(chǔ)，也體現(xiàn)了該技術(shù)的廣泛適應(yīng)性與前瞻性。

3. 優(yōu)化增強(qiáng)子以提升臨床應(yīng)用潛力：研究團(tuán)隊通過對原有增強(qiáng)子序列進(jìn)行拆分與重組，構(gòu)建出性能更優(yōu)的新型“人工增強(qiáng)子”，不僅顯著提升了基因表達(dá)效率，還在保證治療效果的同時顯著降低了所需AAV劑量，為實現(xiàn)低劑量、高效、安全的基因治療提供了全新范式。雖然ARBITER所用的某些技術(shù)模塊（如AAV遞送或增強(qiáng)子篩選）此前已有報道，但該研究系統(tǒng)性地構(gòu)建并展示了一個完整的細(xì)胞特異性AAV篩選平臺，極大地推動了該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。該平臺未來也有望被拓展應(yīng)用于耳蝸中其他細(xì)胞類型的基因治療設(shè)計。此外，外毛細(xì)胞是耳蝸中對遺傳性突變和耳毒性損傷最為敏感的細(xì)胞類型之一。本研究中所開發(fā)的高效Slc26a5增強(qiáng)子有望進(jìn)一步應(yīng)用于其他外毛細(xì)胞相關(guān)的遺傳病治療，例如KCNQ4突變相關(guān)的聽力障礙。

我們期待該團(tuán)隊未來進(jìn)一步拓展ARBITER平臺的應(yīng)用邊界，持續(xù)為全球聽力障礙患者帶來突破性的治療方案。

*封面來源：神筆PRO

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