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改写治疗格局！在体基因编辑成功治疗遗传性耳聋 | 北京脑所熊巍博士专访

药明康德

2024-05-11

导读：学术经纬

▎药明康德内容团队编辑

根据世界卫生组织的官网数据，全球有约4.6亿的人群受到残疾性听力损失（disabling hearing loss）的困扰，并且据推测到2050年，这一数字将上升到7亿。其中，遗传因素是众多耳聋病例的病因。

基因疗法为治疗遗传性耳聋提供了潜在方案，但由于耳蜗复杂且独立于其他系统的特性，耳科基因疗法一直进展不大。2022年，北京脑科学与类脑研究所研究员熊巍博士带领团队取得重要突破，在哺乳动物模型上成功实现了先天性遗传性耳聋的基因治疗。药明康德内容团队对熊巍博士进行专访，邀请其解读耳科基因疗法的难点、进展，以及对未来疗法的展望。

来自复杂结构的难点

目前，临床上用于遗传性耳聋的治疗方式主要包括植入人工耳蜗、佩戴助听器或者化学药物治疗，但这些方式难以从根本上解决问题。近年来，基因疗法成为未来治疗听力损失的重点方向。但相比于眼科，耳科基因治疗的进展十分有限。据熊巍博士介绍，究其原因，听觉耳蜗器官有3大特殊的难点：

首先是介入性差：耳蜗位于颞骨内侧，本身还有骨质蜗壳（骨迷路），所有的细胞都包裹在骨迷路里，因此很难靶向细胞实施局部给药。
其次是复杂的结构：为了能够足够灵敏地检测声音同时保护不受大分贝声音的侵害，耳蜗拥有极其复杂的器官结构和细胞结构，还有上行和下行神经支配，手术不慎可能带来次生听觉伤害。
最后，耳蜗具有功能特异性：耳蜗器官的细胞均为终端分化状态，尤其是听觉毛细胞，其将声音振动转变为细胞电信号，功能独特且数量极其有限，易损伤且损伤后不能再生，其功能丧失是耳聋的主要原因。

作为一台精密的机器，耳蜗拥有很多特有的关键“零件”，目前发现的和耳聋相关的基因有225个。因此，常规的药物治疗手段在这里束手无策。“我们看到的是，如此复杂而独立于其他系统的一个器官，反而适合做局部基因治疗，但是前提是我们对耳蜗器官有足够的了解。”熊巍博士表示。

“TIGER”策略修复致聋突变

长期以来，熊巍团队专注于以小鼠为模型研究耳蜗工作的分子和细胞机制。同属于哺乳动物，小鼠和人的耳蜗从基因和蛋白特性、组织和细胞结构、生理功能等方面有着高度的相似性，因此是研究遗传性耳聋的合适模型。

熊巍团队在多年的研究中，构建了从细胞系到耳蜗组织到模型动物的三位一体的耳聋基因功能和修复研究系统。在此过程中，熊巍团队提升了制约基因疗法效果的两大环节：基因递送工具和基因修复工具。

“我们从递送到修复步骤全面推动效能提升，包括病毒注射手法、病毒血清型遴选、病毒启动子筛选、靶基因表达性质、以及突变修复方法等系统性方案。”熊巍博士介绍道，目前基因修复主要有两个方向：靶向RNA的基因替代或者沉默方案，以及靶向DNA的基因编辑方案。相比之下，基因编辑的优势在于，理论上各种突变形式均有合适的编辑修复方式，“一个突变一套方案”可以实现真正的精准治疗。

“例如针对移码突变，我们结合Cas9的高效DNA切割能力和终端分化细胞自身DSB修复最高效非同源末端连接（NHEJ）途径，开发了我们不依赖于模板的修复（Template-independent gene editing and repairing，TIGER）策略，展示了在体修复致聋移码突变的可行性。”熊巍博士介绍。

2022年，熊巍博士团队首次在哺乳动物模型上利用NHEJ的基因修复通路，成功实现了先天性遗传性耳聋的基因治疗。根据发表在《细胞报告》上的论文，熊巍团队利用模拟人类遗传性耳聋的小鼠品系，系统地展示了突变位点附近产生的DNA双链切割、断裂可以通过NHEJ通路，实现移码突变的修复以及听觉和平衡觉功能的部分修复。

▲熊巍博士团队利用NHEJ的基因修复通路，成功实现了先天性遗传性耳聋的基因治疗（图片来源：参考资料[1]）

同时，在培养的小鼠耳蜗组织上，研究团队借助电转恢复了PCDH15蛋白的表达，该蛋白是耳蜗毛细胞机械转到通道开放的关键分子，而小鼠耳蜗毛细胞的机械转导功能也因此有所恢复。该实验验证了在终端分化的功能细胞上编辑产物也具有可重复性。利用该原理，单个gRNA即可实现修复移码突变，以及小鼠的基因治疗。该研究成果提示，占人类22%的移码突变导致的遗传性疾病同样能拥有广阔的治疗前景。

“我们团队早前的研究结果显示了TIGER策略进行在体修复移码突变的可用性，我们做了小规模的针对人源致聋移码突变的gRNA编辑产物刻画和筛选，并选取适合修复的靶突变生成人源化小鼠模型。新的结果显示TIGER策略可以实现接近于野生型对照的听觉恢复效果。”熊巍团队说。

挑战“高效修复”

TIGER策略为遗传性耳聋的治疗带来了曙光，但其通往临床应用的道路仍将面临考验。对于最新成果的转化前景，熊巍博士表示，“我们的确有面向转化的考虑，从产品研发角度来讲，未来将进一步优化TIGER方案，包括Cas酶小型化和进一步提高递送工具效率等，以期获得更贴近临床的产品。”在他看来，从“可以修复”到“真正高效修复”之间还有很大的鸿沟，这也成了制约基因编辑方法转化到临床的最大挑战。

“学术成果讲求的是创新，类似从0到1，而后续的产业转化追求的是如何多快好省的将这个1转化为100，这其实是很大的挑战，”熊巍博士说，“在我们做的耳聋基因治疗产品范畴，我们需要给出一个结合了最佳注射方式、递送工具和修复配方的复合方案，这个方案越稳定简单就意味着产品优秀；其次我们遵循产业转化规律，让合适的人做合适的事。”

展望未来，熊巍博士认为，未来5-10年的耳聋基因治疗将进入个体化、精准化时代：“每一例携带遗传性突变的患者可以收到定制的基因治疗技术方案，以及从模型细胞到模型动物的多层面治疗效果报告，基因治疗可成为医院常规医疗服务，有完善的预诊疗流程。”此外，“细胞再生与分化领域将有重大突破，对于细胞损伤或者死亡情况下的疾病，可以实现在体原位细胞的再生与分化，补充基因疗法之不能。”

“细胞和基因疗法（CGT）将成为下一代的医药形态，”熊巍博士相信，不仅是对耳蜗遗传病的基因治疗即将进入高速发展阶段，更多影响人类健康的主要疾病也将出现新的曙光，“整个CGT领域将全面产业化和标准化，成为国民健康的日常。”

参考资料：

[1] Liu et al. Template-independent genome editing in the Pcdh15^av−3j mouse, a model of human DFNB23 nonsyndromic deafness. Cell Reports (2022). DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111061

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