表观遗传编辑器沉默小鼠大脑中的朊病毒蛋白

该工具旨在克服基因医学面临的最大挑战之一：将能够编辑细胞基因组的疗法引入需要编辑的细胞。尽管科学家可以相当轻松地在培养皿中操控细胞，但将基因疗法输送到活体生物体内的多种细胞中则更为复杂。

朊病毒病是由大脑中的一种蛋白质错误折叠成一种称为朊病毒的形式引起的。由于一种错误折叠的蛋白质可以招募其他蛋白质进入相同的损坏构象，最终朊病毒会聚集并杀死神经元。这类疾病目前无法治愈——这就是为什么在一种遗传性朊病毒病夺走索尼娅·瓦拉巴的母亲的生命后，瓦拉巴和她的丈夫埃里克·米尼克尔在麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所建立了一个实验室，致力于寻找治疗朊病毒病的方法（N. Engl. J. Med. 2020，DOI： 10.1056/NEJMp1909471）她的实验室与麻省理工学院和怀特黑德研究所的乔纳森·韦斯曼团队合作开展了这个项目，该项目是她的实验室正在研究的降低大脑中朊病毒水平的几种策略之一。

这种新工具是一种表观遗传编辑器。这意味着它不会改变 DNA 序列，而是改变化学修饰，向细胞指示 DNA 是否应该表达。研究人员首先采用了一种基于 CRISPR 的策略，将 DNA 甲基化酶招募到朊病毒基因的一部分。他们发现，实际上，甲基化编码朊病毒蛋白的 DNA 会导致细胞将染色体的这一部分捆绑起来并塞入储存器。这一行为阻止了蛋白质的产生——这意味着它无法错误折叠和聚集。

但要对患者有效，工具必须能够到达朊病毒肆虐的细胞。“这是一种全脑疾病，我们必须现实地看待这一点，”Vallabh 说。“我们会拯救我们能到达的神经元。”

问题在于，CRISPR 方法中的核心蛋白体积太大，无法装入病毒载体，而病毒载体是科学家向大脑提供基因治疗的最佳技术。这项新研究使用了一种不同的策略来靶向特定的 DNA 序列：紧凑型锌指蛋白。研究人员利用与朊病毒基因结合的锌指和募集到细胞现有甲基转移酶的配体构建了一种融合蛋白。他们发现，这种靶向方法有效，但要激活甲基转移酶，他们还需要加入部分组蛋白。研究人员将这种方法称为 CHARM：偶联组蛋白尾以抑制甲基转移酶的自释放。

“CHARM 方法是一个很好的例子，它展示了如何将更深层次的基础科学知识转化为超级有用的技术和临床相关的转化研究工具，”西北大学 CRISPR 和表观遗传学研究员 Mazhar Adli（未参与这项研究）说道。他补充说，该技术“克服了大脑基因沉默方面的至少一个巨大挑战”。

事实上，研究小组发现，用携带 CHARM 编辑器的病毒感染小鼠会导致朊病毒基因持久甲基化，并使整个大脑中的朊病毒蛋白消失。虽然尚未直接比较这两种方法，但似乎一剂 CHARM 可以比反义寡核苷酸持续时间更长，效果也更好，研究人员正在测试反义寡核苷酸抑制朊病毒蛋白翻译的效果。

Vallabh 和 Weissman 都强调了治疗小鼠和测试人类之间的区别。CHARM 需要进行优化，以针对人类朊病毒基因，将其改造成针对人类神经元的病毒，最重要的是，在准备对人类患者进行单次测试之前，需要检查其安全性和脱靶效应。Vallabh 预计会听到许多人现在想要治愈的消息，她说，告诉他们药物尚不存在总是很难的。

但瓦拉巴表示，帮助患者（可能包括她自己）的竞赛如今已呈现出不同的基调。“看到好的工具发挥作用，我既兴奋又心潮澎湃。”