口服小分子调节开关控制基因治疗表达水平

limjr(在)chop.edu（吉莉安·罗斯·林著）

今天的基因疗法允许科学家修改患者的DNA脚本，以纠正导致疾病发展的缺陷或缺陷基因表达。但这种突破也面临挑战。一旦一种疗法进入患者的组织，就很难调节其表达水平:过多会产生有害影响，而过少则可能无法产生效果。

现在，费城儿童医院的研究人员设计了一种名为X的分娩系统^在系统-微调基因治疗表达水平，这是一个“调光开关”，为常见、罕见和复杂的疾病推进精准医疗。

该研究的资深作者说:“我们正在将基因治疗领域推向一个全新的水平，我们可以接近那些需要对基因治疗产品进行精细控制的疾病，以确保安全性、实用性和成功。贝弗利·戴维森博士，处长Raymond G. Perelman细胞和分子治疗中心以及CHOP的首席科学战略官。

戴维森博士和她的团队，与诺华生物医学研究所(NIBR)的合作者一起，发表了第一篇描述这一创新的研究自然．他们表明，通过将小分子药物与基因治疗载体结合使用，他们可以控制表达蛋白的剂量，以实现最大的治疗效益。

“我们开发了一种可调谐开关，以控制细胞中基因治疗产品的水平，”戴维森博士说，他也是宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的教职员工。“这种开关是由一种口服药物控制的，这种药物可用于治疗儿童遗传性疾病。这是一只手，如果你愿意的话，它控制着基因治疗产品的数量。你服用的药物剂量控制着这个开关的打开程度。”

开发“调光开关”

为了开发这个开关系统，研究人员利用了在NIBR发现的一个小分子，它有能力利用科学家指导这个比喻开关的系统:替代RNA剪接。选择性剪接使单个基因能够编码多种蛋白质，这取决于RNA被切割的位置。

戴维森实验室设计了X^在该系统通过调节蛋白质编码外显子的拼接来控制这一过程，并重新利用小分子来满足他们的目标，即创建一个可以应用于他们目标的任何遗传元素的拼接开关。一旦口服，这种小分子通过将所需的纠正基因剪接成其活性形式来启动基因治疗。X^在该系统在大脑中有效地工作，以及整个身体的周围组织。

戴维森博士说:“即使在较低的剂量下，这种小分子剪接调制器也可以改变我们随后为基因治疗方法设计的不同东西的剪接。”

平衡表达式

X^在允许科学家通过调整药物剂量或重新给药以根据需要“打开”开关来管理他们寻求表达的基因的稳健性。此外，口服药物有一个可计算的寿命——科学家可以预测这个开关何时会自动“变暗”，这意味着基因疗法将停止在细胞内保持活性。当这种药物离开细胞时，它会自动变暗，就像一个计时器一样。这个计时器取决于你打开的蛋白质的半衰期。如果这种蛋白质存活数周，那么这种开关就会非常缓慢地归零。如果蛋白质有一天的半衰期，开关就会很快归零。

这项研究的联合负责人、CHOP戴维森实验室的研究助理教授亚历克斯·马斯·蒙蒂斯博士说:“新开发的开关不仅可以控制蛋白质水平，而且如果需要，这些蛋白质可以通过简单的口服药物一次又一次地诱导。”

在这篇论文中，Davidson博士、Mas Monteys博士及其同事展示了Xon在肝脏中使用促红细胞生成素(EPO)的原理研究证明。促红细胞生成素是一种用于治疗慢性肾脏病贫血的激素，它在红细胞的产生中起着关键作用，红细胞将氧气从肺部输送到我们身体的其他部位。

戴维森博士说:“目前，患者通过注射的方式接受重组蛋白的剂量。”“我们的数据表明，你可以以脉冲的方式使用口服小分子剪接调节剂，因为你的身体需要频繁地接触这种重组产品。”

患者服用口服药物并注射一剂促红细胞生成素，有助于提高红细胞压积水平，即血液中红细胞的体积百分比。随着红细胞压积水平在数周内下降，患者可能会服用另一剂药物来增加红细胞压积水平。

戴维森博士说:“你只需要服用足够多的药物，就可以提高促红细胞生成素的水平，从而促进红细胞压积。”

研究人员还证明了Xon传递系统能够为基因编辑提供戴维森博士所描述的“表达爆发”，这是目前基因疗法的一个显著优势。科学家们已经成功地设计了病毒载体，在无法使用脂质纳米颗粒技术的情况下传递遗传物质，但操纵病毒的编辑机制面临着某些挑战，比如我们身体的免疫反应。病毒载体有时也会对其他基因产生“脱靶”效应。

“病毒的问题在于，它们会长期存在，”戴维森博士说。“在像大脑或眼睛这样的东西中，你将有编辑机制表达该细胞的生命，这可能是一个人的生命。”

通过开关系统，载体传递表达编辑机制的腺相关病毒，一旦细胞暴露于剪接调制器，编辑机制就会启动并保持一小段时间，之后它就会在细胞中沉默。这导致较低的免疫反应和较少的脱靶编辑由于长时间暴露。

虽然目前的论文主要关注X的使用^在戴维森博士和马斯·蒙蒂斯博士预计，通过病毒进行基因治疗，这项技术也可以用于CAR-T细胞治疗，如果需要，开关系统可以暂停治疗。

下一步:开到关

通过使蛋白质表达的小心平衡，X^在彻底改变了我们所知的基因疗法。

戴维森博士说:“这个领域现在需要解决的问题是，表达太少是一个问题，患者患病，但表达太多也是一个问题——它会产生一个新的问题。”“这解决了允许正确表达量的问题。”

CHOP和NIBR正在合作开发下一代小分子剪接调制器和X^在系统在多个临床应用中实现微调基因调控。诺华公司正在一些潜在的基因疗法中测试Xon系统，而戴维森博士、马斯·蒙蒂斯博士及其同事正在进一步优化开关系统的想法。

戴维森博士说:“我们在这篇论文中展示的是Xon，我们在其中打开了一些东西，但我们现在研究的是‘关闭X’。”“当X关闭时，你可以进行基因治疗，它就会打开，然后你可以服用一种药物来关闭它。”这种药物将帮助临床医生以更精确的方式调节基因表达。

这项工作得到了NIBR、遗传性疾病基金会和国立卫生研究院拨款5T32HG009495-04以及费城研究所儿童医院的支持。

编者注:戴维森博士是X的发明者之一^在系统。CHOP已将这项技术授权给诺华。CHOP，以及戴维森博士，已经从诺华获得了X的许可作为交换^在技术。CHOP和Davidson博士参与这项研究由CHOP的利益冲突委员会审查和批准．