研究表明多囊肾病基因治疗的途径

常染色体显性多囊肾病 (ADPKD) 是最常见的潜在致命遗传病——仅在美国就有约 50 万人患有这种疾病。没有治愈方法，但新的研究可能会为治疗大多数疾病病例的新基因疗法打开大门。

多囊蛋白 1 C 末端尾部 (CTT) 的表达可抑制 ADPKD 直系同源小鼠模型中的囊肿病。2HA-PC1-CTT的设计；Pkd1 fl/fl；Pax8 rtTA；TetO-Cre ( Pkd1 -KO + CTT) 小鼠模型。我们生成了携带 BAC- 2HA-PC1-CTT转基因的转基因小鼠，该转基因插入到 Rosa26 基因座中，前面是新霉素抗性 (NeoR) STOP 盒，两侧是lox P 序列。这些小鼠与先前表征的Pkd1 fl/fl ;Pax8 rtTA ;TetO-Cre ADPKD 小鼠模型杂交，其中Pkd1基因的外显子 2-4 两侧是loxP序列。这些第二代2HA-PC1-CTT 的 Cre 介导重组；Pkd1 fl/fl；Pax8 rtTA；TetO-Cre小鼠通过多西环素诱导促进 2HA-PC1-CTT 蛋白表达和肾小管上皮全长 PC1 蛋白表达的丧失细胞。B – D N- Pkd1 -KO、N- Pkd1 -KO + CTT 和 N-WT 小鼠 的比较分析显示 KW/BW 比率 ( B )、BUN ( C ) 和血清肌酐 ( D ) 的差异。囊性小鼠队列由 53-58% 的雌性和 42-47% 的雄性小鼠组成。红点代表 ( E )中描绘的动物。乙来自 16 周 N- Pkd1 -KO、N- Pkd1 -KO + CTT 和 N-WT 小鼠的代表性 H&E 染色肾切片 (4×) 。每组部分代表整个队列的平均 KW/BW 比率，并说明与此鼠标模型相关的固有可变性。比例尺：2 毫米。非参数数据用中值和四分位数间距（蓝色条）表示。使用 Kruskal–Wallis 检验进行多组比较，然后使用 Dunn 的多重比较检验。来自该队列中所有囊性小鼠的 H&E 染色肾切片在补充图 1 中提供。

几十年来，研究人员已经知道，编码多囊蛋白 1 (PC1)蛋白的 PKD1 基因突变可导致大约 80% 的病例患上这种疾病。然而，该蛋白质太大而无法通过基因治疗策略进行修饰。

现在，由耶鲁大学细胞与分子生理学系博士后研究员、医学博士 Laura Onuchic 和细胞与分子生理学主席兼 CNH Long 教授兼细胞生物学教授 Michael Caplan 领导的研究小组，发现这种蛋白质的一小部分可能是预防这种疾病的关键。这一发现可能会带来开发新型疗法的机会。

“我们的研究表明，PC1 蛋白的一个微小片段——距该蛋白尾部仅 200 个氨基酸——足以抑制小鼠模型中的疾病，”该研究的首席研究员卡普兰说。“我们的工作将为多囊肾病的潜在疾病机制提供新的见解，并揭示开发治疗的新途径。”

ADPKD 是一种遗传性疾病，影响大约千分之一的人。受影响的肾脏会形成数量和大小都在增加的囊肿。我们每个人的肾脏都有大约一百万个肾单位。在这种疾病中，经过几十年的发展，这些肾单位中的一些会发展成大的、充满液体的囊肿，排挤正常组织。随着时间的推移，这会压缩和降解肾脏的功能部分，导致肾功能丧失。

“到那个时候，患者的肾脏会非常大——它们可能有一个足球那么大，”该研究的第一作者 Onuchic 说。相比之下，正常的肾脏只有拳头那么大。

大约一半患有这种疾病的人会出现需要透析或肾移植的肾功能衰竭。此外，它可以从父母传给后代——如果父母一方是携带者，他们的一半孩子可能会受到影响。“所以，你拥有所有这些大家庭，其中多人携带这种疾病，”她说。

一年多以前，由医学博士、CNH Long 医学教授（肾脏病学）和遗传学教授 Stefan Somlo 领导的团队发现，如果他们去除小鼠模型中的 PC1 蛋白，肾脏就会变大。蛋白质重新表达后，肾脏恢复正常。

“他们做了一个非常漂亮的实验，表明在多囊肾病小鼠模型中，这些动物的肾脏中有巨大的囊肿，即使这些囊肿已经形成，恢复正常蛋白质的表达会使囊肿消失， “卡普兰说。

“作为一种治疗策略，问题在于这种蛋白质有 4300 个氨基酸长，”Onuchic 补充道。“它对于基因传递来说太大了。” Onuchic 和 Caplan 说，解决方案可能是将 ADPKD 的基因治疗降低到可管理的规模。

研究人员使用基因疗法来尝试获取编码他们感兴趣的基因的序列，并使其在他们想要的细胞中表达。这通常涉及病毒载体。“病毒可以是特洛伊木马，将你感兴趣的基因传递到你需要进入的细胞中，但这些病毒在它们的躯干中只有一定的空间，”卡普兰说。

因为 PC1 蛋白很大，这给治疗多囊肾病带来了问题。“PC1 太大了，装不下作为大多数基因治疗载体的大众甲壳虫，但现在只有这 200 个氨基酸的片段可以装进手套箱。”

在他们的新研究中，该团队使用了一种经过基因改造的小鼠模型，使他们能够关闭与多囊肾病相关的基因。换句话说，他们通过在小鼠的基因组中产生突变，在这些模型中遗传诱发了这种疾病。结果，模型产生了囊肿。

然后，该团队开启了 200 个氨基酸长的蛋白质片段的表达。“想象一下，拨动电灯开关，一盏灯熄灭，一盏灯亮起，”卡普兰说。“我们正在关闭正常的多囊肾病基因，并开启这一小块蛋白质的表达。”

该团队发现这大大减少了囊肿的大小。“即使我们去除了通常会导致严重囊肿病的全长 PC1 蛋白，但只要打开这个小片段就足以抑制这种疾病，”他说。

此外，该团队还揭示了为什么这个小片段本身就足够了背后的机制的线索。通过免疫沉淀，他们使用抗体分离蛋白质，然后使用质谱法鉴定哪些蛋白质与其相互作用。他们发现一种叫做烟酰胺核苷酸转氢酶 (NNT) 的线粒体蛋白与 PC1 片段相互作用。

“从基础生物学的角度来看，这告诉我们一些关于多囊肾病蛋白作用的全新信息，并为研究其正常功能开辟了一条完整的途径，”卡普兰说。

该团队计划继续寻求基因疗法的使用，最初是在小鼠模型中，仅针对 200 个氨基酸片段，希望他们的工作有一天能造福于人类。“从治疗的角度来看，我们希望至少能够减缓疾病的进展，这真的很令人兴奋，”Onuchic 说。