系统性递送靶向 DUX4 的反义寡核苷酸治疗面肩肱型肌营养不良症

面部肩胛肱肌营养不良症(FSHD)是最常见的骨骼肌营养不良症之一。FSHD患者骨骼肌病理是由转录因子DUX4的不恰当表达引起的，它激活了不同的肌毒途径。目前还没有分子疗法可以延缓或防止FSHD骨骼肌萎缩。在这项研究中，针对DUX4转录本的系统递送的反义寡核苷酸(ASO)在ACTA1-MCM和FLExDUX4小鼠体内进行了测试，这些小鼠在骨骼肌中表达DUX4。

作者发现，在骨骼肌中，DUX4 ASO具有良好的耐受性，并抑制了DUX4转录本、DUX4蛋白和小鼠DUX4靶基因的表达。此外，DUX4 ASO可减轻骨骼肌病理的严重程度，部分防止炎症和细胞外基质基因的失调。本研究表明，靶向DUX4的全身注射ASOs是一种很有前景的FSHD治疗策略，进一步提高ASO在骨骼肌中的疗效是有必要的。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.09.010.

面部肩胛肱肌营养不良症(FSHD)是一种进行性骨骼肌疾病，主要影响面部、肩胛和肱肌。FSHD患者表现出临床异质性，患者之间的疾病严重程度、发病年龄和骨骼肌受影响程度高度不同。骨骼肌病理是由表观遗传的转录因子双同源框4 (DUX4)去抑制引起的。

DUX4在人类胚胎的4细胞阶段表达，在这个阶段它激活合子基因组激活(ZGA)基因的转录。在早期发育后，DUX4基因在大多数组织中受到表观遗传抑制。在骨骼肌中DUX4的不恰当表达引发了不同的毒性级联反应，包括但不限于生殖系和ZGA基因的异常表达、活性氧敏感性抑制无意义RNA衰变、抑制肌生成和诱导凋亡途径。

DUX4基因位于D4Z4重复序列中，D4Z4重复序列位于染色体4q35上。每个D4Z4单元包含DUX4基因的外显子1和2。DUX4转录自包含外显子3的4qA等位基因上的最后一个D4Z4单元，通过多聚腺苷酸化信号(PAS)稳定DUX4转录。在大多数患者(FSHD1)中，DUX4抑制的丧失是由1-10个单位的D4Z4重复收缩引起的，而未受影响的个体有8-100个D4Z4单位。FSHD和未受影响的个体之间D4Z4重复单位大小的重叠表明有更多的因素参与疾病外显率。在~5%的患者(FSHD2)中，DUX4的去抑制是由一个相对较短的允许的4qA等位基因的遗传和表观遗传D4Z4抑制因子SMCHD1、DNMT3B和LRIF1的突变引起的。

迄今为止，对于FSHD患者，还没有能够阻止或减缓疾病进展的分子疗法。由于骨骼肌中DUX4的去抑制导致FSHD，减少DUX4的表达是一种很有前景的治疗策略，可以防止肌肉中所有下游毒性效应。一些研究已经证明了靶向DUX4 mRNA的反义寡核苷酸(ASOs)的使用。靶向 DUX4 转录本的剪接位点或 PAS 的 20-O-甲基硫代磷酸酯 ASO 降低了 FSHD 原代肌管培养物中的 DUX4 表达、DUX4 阳性细胞核的百分比和萎缩。

在重组腺相关病毒介导的DUX4表达小鼠模型中，其中一个ASOs作为八鸟嘌呤树突状物偶联磷酸二酯morpholino寡聚物(体内pmo)进行了测试。肌内注射ASO可下调胫骨前肌DUX4表达。另外两项研究确定了一种相同的PMO，靶向外显子3中的PAS，可有效抑制原代和永生化 FSHD 肌管中的 DUX4 和 DUX4 靶基因。通过将 PMO 电穿孔到移植到免疫缺陷小鼠后肢的 FSHD 肌肉异种移植物中，对这种 PAS 靶向 PMO 进行了体内测试。注射PMO后，异种FSHD肌肉移植物DUX4和DUX4靶基因水平降低。

接受DUX4反义寡核苷酸治疗的FLExD和ACTA1-MCM小鼠骨骼肌病理改变减轻

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.09.010

在本研究中，针对DUX4转录本的开放阅读框的ASO在ACTA1-MCM和FLExD小鼠(未暴露于他莫昔芬)中进行了体内测试。在没有他莫昔芬诱导的情况下，骨骼肌中会表达低水平的 DUX4，因为 FLExD 和 ACTA1-MCM 转基因都存在泄漏。 与 FLExD 小鼠相反，未诱导的 ACTA1-MCM；FLExD 小鼠显示小鼠 DUX4 靶基因激活和轻度骨骼肌表型。与大多数体内研究不同的是，DUX4 ASO是通过皮下注射进行全身递送，而不是通过肌肉局部注射。

作者发现，DUX4 ASO降低了ACTA1-MCM和FLExD小鼠骨骼肌中DUX4 mRNA、DUX4蛋白和小鼠DUX4靶基因表达。此外，DUX4 ASO可减轻骨骼肌病理的严重程度，表现为再生纤维、纤维化、巨噬细胞浸润和参与免疫系统的基因表达减少。总之，该研究表明，靶向DUX4的全身注射ASOs是一种很有前景的治疗FSHD的策略。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Linde F. Bouwman et al. Systemic delivery of a DUX4-targeting antisense oligonucleotide to treat facioscapulohumeral muscular dystrophy. Mol Ther Nucleic Acids 2021 Sep 27;26:813-827. doi: 10.1016/j.omtn.2021.09.010.