基因疗法新进展——基因“缝合术”！Science：利用核酶将较小的mRNA拼接在一起，有望治疗由较大的基因突变引起的遗传疾病

在我们的身体里，基因就像是生命的蓝图，指导着每一个细胞的运作。然而，对于某些严重的遗传性疾病，如肌肉萎缩症，基因疗法面临着一个巨大的挑战：尺寸问题。肌肉萎缩症中功能失调的基因通常非常庞大，现有的递送方法无法将这么大的基因载荷送入体内。但现在，一项新技术——“缝合 RNA（stitch RNA, StitchR）”——为这一难题带来了希望。

新技术的突破

“缝合 RNA”技术的核心思想是将一个基因分成两半，分别递送到细胞中，然后在细胞内将这两半无缝连接，恢复在疾病中缺失或失去活性的蛋白的表达。这项技术已经在两种不同的肌肉萎缩症动物模型中取得了显著效果，成功恢复了大型治疗性肌肉蛋白的表达。

相关研究结果发表在2024年11月15日的Science期刊上，论文标题为“Ribozyme-activated mRNA trans-ligation enables large gene delivery to treat muscular dystrophies”。

具体案例

例如，肢带肌萎缩症2B/R2型（limb girdle muscular dystrophy type 2B/R2, LGMD2B/R2）患者缺乏一种名为Dysferlin的蛋白，而杜兴氏肌萎缩症（Duchenne muscular dystrophy, DMD）患者则缺乏Dystrophin蛋白。StitchR技术在这两种疾病中都表现出了出色的疗效，将这些关键蛋白的表达恢复到了正常水平。

这项技术最初源于罗切斯特大学医学与牙科学院心血管研究所医学助理教授Douglas M. Anderson博士实验室的一次偶然观察。Anderson博士发现，当两个独立的mRNA被一种称为核酶（ribozyme）的小RNA序列切割时，它们会无缝连接并翻译出全长蛋白。核酶类似于剪刀，能够切割RNA，而细胞的天然修复途径则会将这些切割后的RNA片段重新连接在一起。

Anderson博士和他的团队不断优化这一过程，使其效率提高了900多倍。他们将一个较大的治疗基因的两半编码到腺相关病毒（AAV）载体中，AAV是基因治疗中最常用的载体，因为它安全且不会导致人类疾病。当这两个载体进入细胞后，核酶会切割产生的mRNA的末端，随后这些mRNA片段连接在一起，形成一个单一、无缝的mRNA，并在所需组织中产生所需的蛋白。

罗切斯特大学RNA生物学中心主任Lynne E. Maquat博士对这项技术给予了高度评价：“Anderson极富创造力，注重细节，他实现了两种不同的mRNA如何在细胞中找到彼此，并无缝连接以产生功能性mRNA，这实在令人兴奋。这个概念听起来很简单，但这需要大量的研究工作来优化相关分子，确保它们在细胞中的稳定性，并尽可能提高这一过程的效率。”

优势与前景

StitchR技术不仅可以与多种不同类型的载体结合使用，还可以高效地与任何mRNA序列结合，这为它在多种疾病和应用中的广泛使用打开了大门。Anderson博士说：“StitchR真的是一种即插即用的技术。它对序列的要求极低，我们已经用许多不同的基因和序列进行了测试。”

哺乳动物细胞中核酶激活的RNA反式连接

与传统的双载体方法相比，StitchR技术的最大优势在于它只产生全长蛋白。其他双载体方法虽然已经开发了几十年，但一直受到效率低下和产生的产品不是全长产品的困扰。由于StitchR发生在RNA水平，研究人员可以控制并确保只生产全长蛋白产品，这使StitchR有别于其他双载体技术，如inteins，后者是一种蛋白质连接技术，虽然效率高，但需要表达较小的蛋白质片段，可能会在细胞中产生未知的影响。

从最初的研究观察到治疗应用，这是一个漫长但充实的过程。Anderson博士表示：“这一直是我们实验室的主要目标，也是基础研究的希望所在。利用StitchR和其他工具，我们正致力于治疗地球上一些最令人衰弱的遗传疾病，其中许多疾病目前都没有治疗方法或治愈方法。”

Anderson实验室目前正在与其他研究实验室建立合作关系，制作用于StitchR的载体，用于治疗由较大的基因引起的多种疾病，这样的疾病有数千种。这项技术的突破不仅为肌肉萎缩症患者带来了希望，也为基因治疗领域开辟了新的可能性。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Sean R. Lindley et al. Ribozyme-activated mRNA trans-ligation enables large gene delivery to treat muscular dystrophies. Science, 2024, doi:10.1126/science.adp8179.