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科技日報記者 操秀英
北京腦科學與類腦研究中心熊巍實驗室利用一株模擬人類DFNB23遺傳性耳聾的Pcdh15av-3j小鼠品系，全方位展示了突變位點附近產生的DNA雙鏈切割/斷裂，可以通過非同源末端連接通路實現移碼突變的修復以及聽覺和平衡覺功能的部分修復。該工作首次在哺乳動物模型上展示了利用非同源末端連接的基因修復通路有效實現先天性遺傳疾病的在體基因治療，為遺傳性耳聾的治療提供新思路。該研究近日發表于《細胞報告》上。
文章通訊作者熊巍介紹，基因治療是治療基因突變導致的遺傳性疾病的金鑰匙，目前大部分工作集中在針對mRNA的基因替代或者基因沉默，若干適用性好的靶基因已經被用于臨床，體現出基因治療的可行性。然而就中心法則而言，在mRNA水平的修復還是治標不治本，因此針對DNA的基因修復代表了下一代基因治療的新方向，該研究提出特別針對DNA移碼突變的一個方案，并系統展示了在耳蝸毛細胞DNA水平的基因編輯有效恢復動物聽覺。
DNA水平的基因修復可以通過以CRISPR-Cas為代表的基因編輯技術來實現，隨著2011年CRISPR-Cas工具的開發成熟，研究者可以依賴guide RNA（gRNA）實現穩定可控的定點DNA雙鏈切割/斷裂，CRISPR-Cas技術的一個重要應用就是實現定點切除致病突變。DNA雙鏈切割/斷裂的修復有諸多通路，其中最主要的是非同源末端連接和同源重組修復兩種。非同源末端連接產物攜帶各種插入或者缺失導致的移碼突變，其結果等同于從一個突變到多種突變，因此并未在基因治療中得到很好的應用；依賴同源重組修復通路，將靶基因修復為野生型，但這一過程需要有一個野生型的DNA模板，在體情況下基于同源重組修復通路的效率在活體動物的終端分化細胞上效率非常低，從一定程度上限制了基因編輯在基因治療上的應用。因此基于基因編輯技術的在體基因治療方案一直處于實驗室和細胞系體系研究階段。
據了解，熊巍實驗室長期研究耳聾相關基因的生理和病理機制。該研究利用小鼠耳蝸培養組織驗證了終端分化的功能細胞上編輯產物也具有可重復性，并利用該原理實現了單個gRNA即可修復移碼突變，實現小鼠的在體基因治療，在體外組織和在體動物兩個層面，從編輯基因產物、蛋白表達、毛細胞功能以及動物生理功能等多個角度的分析和評估來展現該方案的可行性。
該概念的成功驗證表明占人類22%的移碼突變導致的遺傳性疾病有廣闊的治療前景。
熊巍實驗室在2015年建立實驗室之時即確立了研究遺傳性耳聾基因治療的方向，所有的技術和資源都是從零開始積累，期間嘗試了多種策略和方法，最終鎖定利用非同源末端連接的非隨機修復機制來重塑移碼突變導致的致聾突變。該工作從2019年底投稿到2022年上半年最終接收，歷時兩年半。
據了解，該論文的共同第一作者為劉戀、鄒林志和李寬三位博士研究生，該工作也得到南方科技大學陳放怡實驗室、山東大學徐志剛實驗室和清華大學孫前文實驗室的大力協助。
