Cell Res：张冰/朱丹团队开发碱基编辑疗法，有效预防先天性心脏病

近日，上海交通大学医学院张冰教授、朱丹主任医师、上海交通大学生物医学工程学院张岩副研究员等在 Cell Research 期刊发表了题为：Base editing effectively prevents early-onset severe cardiomyopathy in Mybpc3 mutant mice 的论文。

该研究开发了一种有效的、PAM序列扩展的双AAV载体递送的腺嘌呤碱基编辑器——SpRY-ABE8e，可以有效、精确地纠正小鼠模型中的Mybpc3基因突变，从而防止小鼠模型中的心脏肥大和功能障碍。这些试验结果证明了碱基编辑作为遗传性心肌病的新型治疗方式的巨大潜力，为未来的临床应用奠定了基础。

为了评估碱基编辑治疗MYBPC3基因纯合突变导致终止密码子提前所致心肌病的潜力，研究团队使用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了Mybpc3R946X/R946X小鼠模型（Mybpc3 c.2836 C>T突变），该小鼠Mybpc3蛋白在第946位氨基酸提前终止，类似于人类MYBPC3基因的R943X突变。该小鼠模型的心肌细胞检测不到Mybpc3蛋白，并患有与人类MYBPC3基因截短突变患者关键特征类似的心肌病。

为了纠正Mybpc3 c.2836 C>T突变，研究团队使用了腺嘌呤碱基编辑器（ABE），它催化A·T到G·C的碱基转换。研究团队使用了SpRY-ABEmax，能够靶向目标位点。

研究团队首次在Mybpc3R946X/R946X小鼠模型的胚胎成纤维细胞中验证了SpRY-ABEmax的体外编辑效率。由于SpRY-ABEmax对Mybpc3突变的编辑修复效率较低，研究团队进一步开发了编辑效率更高的SpRY-ABE8e，由于SpRY-ABEmax的大小超过了腺相关病毒（AAV）的递送极限，研究团队使用了双AAV载体递送策略。

研究团队使用了双AAV9载体递送SpRY-ABE8e，并使用心肌细胞特异性的cTnT启动子，保证其在心肌细胞中表达，该研究还使用了两种不同剂量（0.5×1014 vg/kg、1×1014 vg/kg），以确定治疗效果和剂量反应关系。

治疗6个月后，高剂量SpRY-ABE8e在目标处引入了平均9.56%的A>G转换，而低剂量则为4.64%，由于心肌细胞占心脏细胞的~25%-35%，因此高剂量SpRY-ABE8e在心肌细胞中的编辑效率估计为~30%。研究团队观察到了低旁观者编辑活性，高剂量SpRY-ABE8e在肝脏、肺、脾和股四头肌中诱导的编辑频率非常低，表明了该治疗具有心肌细胞特异性。

出乎意料的是，高剂量SpRY-ABE8e治疗恢复了78%-110%的MYBPC3蛋白表达，低剂量SpRY-ABE8e治疗恢复了38%-70%的MYBPC3蛋白表达，均高于对基因突变的修复比例。研究团队推断这种差异可能是由于修复的细胞中的转录激活或蛋白质稳定性增强所致。

研究团队还使用与高剂量SpRY-ABE8e相同剂量的AAV-Mybpc3治疗Mybpc3 R946X/R946X小鼠，而AAV-Mybpc3治疗仅恢复41.4%±4.6%的MYBPC3蛋白表达。因此，碱基编辑比基因替换具有更大的潜力来恢复新生阶段Mybpc3R946X/R946X心脏中的MYBPC3蛋白表达。对小鼠模型的心脏功能检测进一步证实了这一点，表明了高剂量碱基编辑提供了比AAV-Mybpc3显著更好的治疗效果，证明了碱基编辑作为预防心肌病的策略具有更大潜力。

总的来说，该研究构建了一种携带人类MYBPC3基因截短突变的转基因小鼠模型，该模型会发展为早发性严重心肌病，并迅速演变为心脏功能不全，具有人类双等位基因MYBPC3基因截短突变患者的关键特征。该研究进一步开发了一种有效的、PAM序列扩展的双AAV载体递送的腺嘌呤碱基编辑器——SpRY-ABE8e，可以有效、精确地纠正小鼠模型中的Mybpc3基因突变，从而防止小鼠模型中的心脏肥大和功能障碍。这些试验结果证明了碱基编辑作为遗传性心肌病的新型治疗方式的巨大潜力，为未来的临床应用奠定了基础。