DNA 治疗可以延缓几乎所有 ALS 患者的瘫痪

在几乎所有患有肌萎缩性侧索硬化症 (ALS) 的人以及多达一半的阿尔茨海默氏病 (AD) 和额颞叶痴呆病例中，一种名为 TDP-43 的蛋白质从其在细胞核中的正常位置丢失。反过来，这会引发 stathmin-2 的丢失，这是一种对神经元再生和维持它们与肌肉纤维的连接至关重要的蛋白质，对收缩和运动至关重要。

肌肉纤维和运动神经元之间连接的图示，后者依赖于关键蛋白质来产生信号并将信号发送到纤维以收缩，从而产生运动。在一些疾病中，例如肌萎缩侧索硬化，这些蛋白质会丢失，神经元死亡并导致瘫痪。

在 2023 年 3 月 16 日出版的杂志上，由资深研究作者 Don Cleveland 博士领导的科学家团队撰写，他是加州大学圣地亚哥分校医学院医学、神经科学和细胞与分子医学的杰出教授，与同事和其他地方一起，证明可以使用设计的 DNA 药物来恢复 stathmin-2 的丢失，这些药物可以恢复蛋白质编码 RNA 的正常加工。

“我们设计的小鼠模型错误处理了它们的 stathmin-2 编码 RNA，就像在这些人类疾病中一样，我们表明，将这些设计的 DNA 药物之一施用到大脑和脊髓周围的液体中，可以在整个过程中恢复正常的 stathmin-2 水平。神经系统，”克利夫兰说。

克利夫兰因开发设计 DNA 药物的概念而广受赞誉，这些药物可以打开或关闭与衰老的人类神经系统的许多退行性疾病相关的基因，包括 ALS、AD、亨廷顿氏病和癌症。

几种设计的 DNA 药物目前正在进行多种疾病的临床试验。其中一种药物已被批准用于治疗称为脊髓性肌萎缩症的儿童神经退行性疾病。

隐蔽剪接的空间阻断可挽救中枢神经系统中的 stathmin-2 水平。(A) TDP-43 在空间上阻断了对 STMN2 前体 RNA 中隐蔽剪接位点的识别，从而能够正确处理内含子 1、stathmin-2 蛋白合成和损伤后的轴突再生。(B) TDP-43 在 ALS 和其他 TDP-43 蛋白病中的核清除导致第一个 STMN2 内含子内的隐蔽剪接和 stathmin-2 蛋白的丢失。(C) ASO 或靶向 RNA 结合蛋白可以替代 TDP-43 空间阻断 STMN2 pre-mRNA 中的隐蔽剪接。(D) 鉴定能够独立于 TDP-43 功能阻断哺乳动物中枢神经系统中的 STMN2 隐蔽剪接和恢复 stathmin-2 蛋白水平的 ASO。

这项新研究建立在克利夫兰和其他人正在进行的关于 TDP-43 的作用和损失的研究的基础上，TDP-43 是一种与 ALS、AD 和其他神经退行性疾病相关的蛋白质。在 ALS 中，TDP-43 损失会影响支配骨骼肌并引发骨骼肌收缩的运动神经元，导致它们退化，最终导致瘫痪。

“在几乎所有的 ALS 病例中，TDP-43 都是一种蛋白质，它在编码许多蛋白质的 RNA 中间体的成熟过程中发挥作用。TDP-43 活性降低会导致编码 RNA 的 stathmin-2（一种蛋白质）的错误组装需要维持运动神经元与肌肉的连接，”克利夫兰说。

“如果没有 stathmin-2，运动神经元就会与肌肉断开连接，导致肌萎缩侧索硬化的特征性麻痹。我们现在发现，我们可以用一种设计好的 DNA 药物来模拟 TDP-43 的功能，从而恢复正确的 stathmin-2 RNA 和蛋白质水平在哺乳动物的神经系统中。”

具体来说，研究人员编辑小鼠的基因以包含人类 STMN2 基因序列，然后注入反义寡核苷酸——可以与特定 RNA 分子结合的小片段 DNA 或 RNA，从而阻断它们制造蛋白质的能力或改变它们最终 RNA 的组装方式——进入脑脊髓液。注射纠正了 STMN2 pre-mRNA 错误加工并恢复了完全独立于 TDP-43 功能的 stathmin-2 蛋白表达。

克利夫兰说：“我们的研究结果为临床试验奠定了基础，该试验通过维持使用我们设计的 DNA 药物的患者的 stathmin-2蛋白水平来延迟 ALS 的麻痹。”