人类遗传学泰斗乔治·丘奇教授领衔PNAS新研究，治疗四种疾病的抗衰老基因疗法诞生丨医麦猛爆料
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2019年11月5日/医麦客 eMedClub/--2019年11月4日，一份发布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的新研究报告了一种能够治疗肥胖，II型糖尿病，肾衰竭和心力衰竭四种疾病的单一组合基因疗法；其有望通过同时解决多种疾病来提高健康水平和延长寿命。
该研究报告表明通过基因疗法全面靶向“衰老”，有望避免许多与年龄有关的疾病发生。该研究的第一作者，诺亚·戴维索恩（Noah Davidsohn）说：“我们正在采取一种整体方法，我们并不是在攻击特定疾病，而是设法使患者总体上更加健康，并在此过程中消除尽可能多的与年龄相关的疾病。”
哈佛遗传学大牛领衔
乔治·丘奇 （George Church）博士是该研究的通讯作者，丘奇表示：“我们专注于与年龄有关的疾病的逆转，为此我们以后的生活会变得更加健康和年轻。”
▲ Dr.George Church(图片来源：bostonglobe)
乔治· 丘奇是美国著名学者，现代生物学领域最重要的意见领袖之一。他是遗传学与分子工程学的双料专家，哈佛大学和麻省理工学院的双料教授，美国科学院与美国工程院的双料院土，学术研究与科技创业的双料成功者。丘奇是第一代基因测序研究的参与者，第二代基因测序方法的主要建立者，为后续的基因测序与编辑研究奠定了基础。他也是全球基因组计划的倡议者和组织者之一。
抗衰老基因疗法
最新发表在PNAS的研究认为，传统上对于疾病的研究和治疗都是单独的，忽略了与年龄相关疾病之间的相互联系，随着年龄的增长，合并症（合并症是指一种疾病在发展过程中出现的另外一种或几种疾病，后发生的疾病不是前一种疾病引起的）很常见，但是目前开出的治疗方法常常忽略了这种联系。任何一种与年龄相关疾病的存在通常会增加罹患其他此类疾病的风险，从这一点出发，来自哈佛大学的研究人员开发了基于腺相关病毒（AAV）的抗衰老基因疗法来同时治疗多种与年龄相关的疾病。
该基因疗法涉及了3种长寿相关基因，分别是成纤维细胞生长因子21 （FGF21）、αKlotho、小鼠转化生长因子-β受体2 （sTGFβR2）的可溶形式，通过腺相关病毒（AAV）进行了研究，并探讨了它们有关减轻肥胖，II型糖尿病，肾衰竭和心力衰竭4种与年龄相关疾病的能力。
▲ 探索的基因疗法组合的维恩图以及所有后续图的颜色编码（图片来源：pnas）
研究团队首先建立3种单独的AAV8病毒来递送FGF21、sTGFβR2和αKlotho，每种病毒产生和注射之后，使用酶联免疫吸附测定（ELISA）和Western印迹法或直接从小鼠血浆中的下游效应中验证了相应转基因的过表达，发现FGF21最多增加17倍，循环TGFβ1减少95％（由sTGFβR2结合并抑制），循环αKlotho增加约10倍。研究人员对接受治疗的小鼠进行完整的尸检发现，与对照小鼠相比没有明显的病理改变，这表明该基因疗法没有有害作用。
肥胖
肥胖是造成整体健康状况下降以及癌症，心脏病和神经系统恶化风险增加的原因之一。考虑到FGF21在新陈代谢和脂肪稳态中的作用，假设FGF21的持续过度表达可以抵消高脂饮食（HFD）引起的代谢失调，这是小鼠肥胖和II型糖尿病的公认模型。
也有人指出，αKlotho可以帮助调节糖尿病模型的高血糖，TGFβ1信令和其他炎症通路也影响肥胖和疾病。因此，该团队研究是否可以通过αKlotho，FGF21和sTGFβR2的共表达获得协同优势。给老鼠喂食了3个月的HFD，与喂食正常饮食（ND）的老鼠相比，每只老鼠的平均体重增加了15 g（56％）。
▲ 在具有对照载体（右）和AAV：FGF21载体（左）的HFD上小鼠表现出的表型（图片来源：pnas）
整个实验过程中小鼠都将保持HFD，以准确反映人类饮食习惯的沉默性质。对HFD小鼠分别或联合感染AAV：FGF21，AAV：sTGFβR2和AAV：αKlotho，在对照组中使用AAV：GFP载体。尽管继续进行HFD，接受AAV：FGF21疗法的小鼠都在注射后40天内经历了肥胖表型的完全逆转，无论是否采用任何其他疗法。
为了评估该疗法是否可以缓解与年龄相关的肥胖症，还使用了18月龄平均体重为40g的小鼠作为对照组，结果依旧令人惊喜，这些小鼠体重下降至30g，而这种情况一直维持到至少150天。有趣的是，所有接受AAV：αKlotho的治疗组的体重均下降。
II型糖尿病
延长HFD的小鼠会出现葡萄糖处理不良的II型糖尿病表型。II型糖尿病是导致心脏病，肾脏疾病和中风的主要危险因素。因此，为了研究使用第二种疾病模型的这些疗法的效果，进行了葡萄糖耐量测试（GTT），胰岛素耐量测试（ITT），丙酮酸耐量测试（PTT）和空腹血糖测量。
▲ GTT曲线下的面积（AUC）（图片来源：pnas）
GTT用于评估从血液中清除口服葡萄糖的速度，ITT用于评估动物对胰岛素的敏感性，PTT用于确定肝脏产生葡萄糖的能力。这些测定的结果表明，单独的AAV：FGF21疗法与AAV：αKlotho和/或AAV：sTGFβR2组合可以完全缓解糖尿病表型。
肾衰竭
肾脏衰竭和肾纤维化是美国人口老龄化的主要问题。实际上，超过38％的患有肾功能衰竭的患者最终死于心脏事件。αKlotho和TGFβ1已被证明是在小鼠肾功能衰竭进展的关键因素，并且FGF21已经显示保护免受化疗肾损伤。用于评估单一疗法和联合疗法的第三个疾病模型使用了单侧输尿管阻塞（UUO），这是模拟进行性肾纤维化的既定手段，这是肾脏疾病的特征。
在通过UUO诱发疾病之前，研究人员在1周前给小鼠注射了单基因和联合基因疗法，然后在UUO手术后1周收获肾脏并进行纤维化分析和重塑。用Masson三色染色剂（MTS）染色的全肾图像显示，与对照相比，αKlotho的过表达能够防止肾髓质恶化和肾皮质变薄。最大程度的缓解了髓样萎缩是联合使用AAV：sTGFβR2和AAV：FGF21，它们在预防肾髓样萎缩方面的表现明显优于AAV：αKlotho。
心力衰竭
在美国，心力衰竭每年导致425,000例死亡，其患病率超过580万人。TGFβ1在心脏重塑和伤口反应中的核心作用表明，以AAV基因疗法的形式表达sTGFβR2（TGFβ1的阻遏物）可以减轻心力衰竭的进展。转基因小鼠过表达或者αKlotho或FGF21也已经显示出减缓这种疾病的进展。六个月大的小鼠在测量基线超声心动图（ECHO）和进行AAC手术前1周注射了AAV：sTGFβR2，AAV：αKlotho+ AAV：sTGFβR2或AAV：FGF21 + AAV：sTGFβR2三种疗法。
▲在以10倍拍摄并缝合在一起的MTS心脏的代表图像（图片来源：pnas）
尽管基线ECHO并未显示这些疗法对正常心脏功能有任何影响，但AAV：sTGFbR2治疗小鼠的手术存活率为77％，AAV：sTGFbR2 + AAV：αKlotho的手术存活率为87％相比之下，对照小鼠只有50％。
研究表明单独或与AAV：FGF21或AAV：αKlotho联合使用AAV：sTGFβR2对心脏功能产生增强的积极作用。AAV：sTGFβR2+ AAV：αKlotho和AAV：sTGFβR2+ AAV：FGF21组的双峰形态表明存在一定程度的可以挽救的损伤和预处理。
抗衰老基因疗法&Rejuvenate
总体而言，这些试验数据表明，由AAV：sTGFβR2和AAV：FGF21组成的单一组合治疗可以一次成功治疗所有4种与年龄有关的疾病。与单独的基因疗法相比，这种组合在肾脏和心力衰竭方面均具有更高的治疗效果，并且在肥胖和糖尿病方面与AAV：FGF21疗法相似，保持了相似的治疗效果，从而为涉及的4种疾病总体上提供了更好的治疗方法。
尽管从长寿相关基因的转基因研究中已经获得了相当多的知识，但是在非转基因动物中调节其表达和测试仍然难以捉摸，这是人类利用这些机制最终治疗年龄相关疾病的关键一步。在这项研究中，已经开发并单独测试了3种基于AAV的基因疗法，这些疗法表达了长寿相关基因。与狭义地干扰特定单一基因/途径的传统疗法相比，新方法试图通过引起广泛的影响，立即缓解多种疾病状态来提高个体的整体健康。
▲ 图片来源：rejuvenatebio
此前，丘奇就和PNAS研究的两位合著者诺亚·戴维索恩（Noah Davidsohn）与丹尼·奥利弗（Daniel Oliver）共同创立一家生物技术初创公司Rejuvenate Bio。目前该公司已经开始和北格拉夫顿塔夫茨大学的卡明斯兽医学（Cummings School of Veterinary Medicine at Tufts University in North Grafton）合作，对狗进行抗老基因疗法测试。
Rejuvenate Bio认为，狗不仅是人类最好的朋友，而且还是将抗老基因疗法推向市场的最佳方式。该公司目前专注于开发延长狗的“健康期”的抗衰来基因治疗方法，因为狗可能会患有多种与年龄有关的疾病，包括心脏和肾脏疾病，肥胖，痴呆以及听力和视力下降，与人类相似。乔治· 丘奇（George Church）说：“对狗进行实验性治疗可能还需要大约2年时间。如果得到监管机构的批准，则可以进行人体临床试验。”
除此之外，乔治· 丘奇（George Church）对抗衰老基因疗法的未来具有更宏大的期许，“最重要的是逆转年龄，如果年龄逆转确实有效，那么健康和寿命将可以没有上限的延长。”
参考资料：
1.https://www.pnas.org/content/early/2019/10/31/1910073116
2.https://www.bostonglobe.com/metro/2019/11/04/harvard-study-advances-gene-therapy-fighting-age-related-diseases/tcKPfYTKs01ha2uj0DTcTI/story.html
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