撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

三核苷酸重復(fù)（TNR）疾病是由基因組中擴(kuò)增的三核苷酸重復(fù)序列引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，這些重復(fù)序列會(huì)以長(zhǎng)度依賴的方式變得不穩(wěn)定。CAG 重復(fù)序列存在于約三分之一的致病性 TNR 位點(diǎn)中，包括導(dǎo)致亨廷頓病（HD）的

HTT

FXN

對(duì)于亨廷頓病患者而言，通常 HTT 基因中 CAG 重復(fù)擴(kuò)增超過 40 次，這種重復(fù)擴(kuò)增導(dǎo)致蛋白質(zhì)中出現(xiàn)異常的多聚谷氨酰胺鏈，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)異常折疊，干擾細(xì)胞功能。CAG 重復(fù)次數(shù)越多，發(fā)病越早，病情進(jìn)展越快，而 CAG 重復(fù)中即使只出現(xiàn)一個(gè) CAA 將重復(fù)中斷，就能將發(fā)病年齡延遲十多年。

2025 年 5 月 26 日，劉如謙教授團(tuán)隊(duì)在 Nature 子刊Nature Genetics上發(fā)表了題為：Base editing of trinucleotide repeats that cause Huntington’s disease and Friedreich’s ataxia reduces somatic repeat expansions in patient cells and in mice 的研究論文。

該研究利用堿基編輯技術(shù)對(duì)三核苷酸重復(fù)（TNR） 進(jìn)行單堿基編輯，以中斷其重復(fù)，在減少亨廷頓病（CAG 重復(fù)）和弗里德賴希共濟(jì)失調(diào)（GAA 重復(fù)）中的體細(xì)胞重復(fù)序列擴(kuò)增方面展現(xiàn)出希望，為治療這兩種疾病提供了潛在新策略。

三核苷酸重復(fù)（TNR）序列是常見的基因組元件，其穩(wěn)定性會(huì)因長(zhǎng)度增加而降低。三核苷酸重復(fù)序列的致病性擴(kuò)增與 40 多種嚴(yán)重疾病相關(guān)，這些疾病主要為神經(jīng)系統(tǒng)疾病。三核苷酸重復(fù)序列可能定位于基因啟動(dòng)子、編碼序列、非翻譯區(qū)和內(nèi)含子，并且在不同的三核苷酸重復(fù)序列疾病中，重復(fù)基序可能有所不同。其中最常見的致病性三聯(lián)體堿基對(duì)是 CAG?CTG，它至少出現(xiàn)在 15 個(gè)已知的致病性 TNR 位點(diǎn)中。

外顯子中的 CAG 重復(fù)序列通常編碼多聚谷氨酰胺（poly-Q），因此，這些疾病也叫做 poly-Q 病，包括亨廷頓病（HD）、脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)（SCA）、齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮癥（DRPLA）以及脊髓延髓肌萎縮癥（SBMA）等。人類最常見的遺傳性共濟(jì)失調(diào)是弗里德賴希共濟(jì)失調(diào)（FRDA），其病因是內(nèi)含子中 GAA 重復(fù)序列擴(kuò)增。目前尚無獲批的療法能夠阻止 TNR 疾病的進(jìn)展。

TNR 疾病的發(fā)病年齡、病情嚴(yán)重程度以及疾病進(jìn)展速度，主要由出生時(shí)相應(yīng)重復(fù)序列的長(zhǎng)度決定，重復(fù)序列越長(zhǎng)，預(yù)后越差。

在某些體細(xì)胞中，超過特定基因座閾值的重復(fù)序列長(zhǎng)度是不穩(wěn)定的，會(huì)隨著重復(fù)序列長(zhǎng)度的增加而出現(xiàn)擴(kuò)增、縮短，并變得越來越不穩(wěn)定。這些基因組位點(diǎn)的不穩(wěn)定性源于轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞復(fù)制過程中高級(jí) DNA 結(jié)構(gòu) 和 R 環(huán)結(jié)構(gòu)的形成，這些結(jié)構(gòu)會(huì)干擾正常的細(xì)胞功能。這些異常結(jié)構(gòu)會(huì)受到容易出錯(cuò)的 DNA 修復(fù)機(jī)制的影響，這可能導(dǎo)致重復(fù)序列的擴(kuò)增或縮短，總體上更傾向于較長(zhǎng)重復(fù)序列的擴(kuò)增。

對(duì)亨廷頓病患者腦組織進(jìn)行的單細(xì)胞分析表明，受影響的神經(jīng)元在出現(xiàn)明顯表型之前，其 CAG 重復(fù)序列會(huì)經(jīng)歷數(shù)十年的擴(kuò)增，直到超過某個(gè)閾值才會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元迅速退化，這表明，在達(dá)到該閾值之前采取治療干預(yù)措施阻止體細(xì)胞中重復(fù)序列擴(kuò)增，或許能夠預(yù)防或延緩疾病的發(fā)生或進(jìn)展。

此外，對(duì)亨廷頓患者進(jìn)行的研究顯示，CAG 重復(fù)中斷，可是患者發(fā)病年齡推遲十多年，因此，在致病性 TNR 序列中引入中斷，可能會(huì)提高其基因組穩(wěn)定性，從而改善疾病病理。

堿基編輯（base editing）是劉如謙教授發(fā)明的一種精準(zhǔn)的基因組編輯技術(shù)，能夠直接在活細(xì)胞的 DNA 中引入有針對(duì)性的單個(gè)堿基的改變。其中，胞嘧啶堿基編輯器（CBE）可介導(dǎo) C?G > T?A 的替換，腺嘌呤堿基編輯器（ABE）可介導(dǎo) A?T > G?C 的替換，理論上，這兩種編輯器能夠引入單堿基替換，從而中斷三核苷酸重復(fù)序列（TNR）等位基因中的重復(fù)序列，類似于在普通人群或具有長(zhǎng)重復(fù)序列但癥狀輕微或未受影響的個(gè)體中發(fā)現(xiàn)的中斷情況。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用堿基編輯技術(shù)在亨廷頓病（HD）和弗里德賴希共濟(jì)失調(diào)（FRDA）相關(guān)的重復(fù)序列中引入中斷，并評(píng)估其對(duì)患者細(xì)胞以及這兩種疾病小鼠模型中這些重復(fù)序列擴(kuò)增的影響。

研究團(tuán)隊(duì)利用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）和腺嘌呤堿基編輯器（ABE）來降低患者來源的細(xì)胞以及小鼠模型體內(nèi)的三核苷酸重復(fù)序列（TNR）的重復(fù)性。結(jié)果顯示，堿基編輯器在 CAG 和 GAA 重復(fù)序列中引入了 G?C>A?T 和 A?T>G?C 的中斷，模擬了在人類中自然存在的穩(wěn)定且無害的等位基因。

使用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）中斷 CAG 重復(fù)

使用腺嘌呤堿基編輯器（ABE）中斷 GAA 重復(fù)

接下來，研究團(tuán)隊(duì) AAV9 遞送優(yōu)化的堿基編輯器，對(duì)亨廷頓病 Q111 小鼠和 YG8s 遺傳性共濟(jì)失調(diào)小鼠進(jìn)行治療，成功在轉(zhuǎn)導(dǎo)組織中實(shí)現(xiàn)了高效的堿基編輯，并顯著減少了中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的三核苷酸重復(fù)序列擴(kuò)增。

這些研究結(jié)果表明，利用堿基編輯技術(shù)，在體內(nèi)對(duì)致病性 TNR 引入中斷，能夠減輕 TNR 疾病的關(guān)鍵神經(jīng)學(xué)特征。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02172-8