哈佛团队基于诺奖技术开发基因疗法，逆转衰老时钟恢复小鼠受损视力丨医麦猛爆料

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2020年12月4日/医麦客新闻 eMedClub News/--衰老是一种导致组织功能障碍和死亡的退化过程，而衰老对很多疾病都有影响。一直以来，研究人员一直在寻找阻止或者延缓衰老过程的方法，但这种方法仍然难以找到。

12月2日，哈佛大学医学院研究团队在Nature杂志上发表了一篇封面文章，题为“Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision”。这项研究首次证明，有可能安全地对眼部神经细胞等复杂组织进行重新编程，使其恢复到更年轻的阶段；而且研究中利用基因治疗诱导了小鼠视网膜神经节细胞的重编程，在动物身上成功逆转了青光眼和衰老造成的视力受损。

研究团队表示：“这项成就代表了首次成功尝试了逆转青光眼引起的视力受损，而不仅仅是阻止其进展。”

同日，斯坦福大学医学院的Andrew D. Huberman也Nature上针对这一研究发表了一篇News&Views文章“Sight restored by turning back the epigenetic clock”。文中表示，这项发现一定会极大的激发人们对于表观重编程的极大兴趣，不仅是在视觉领域，也在大脑神经元和其他细胞类型等研究领域。几十年来，人们一直在争论，理解正常的神经发育过程将在某一天带来修复衰老或受损大脑的工具，而这项研究宣告了这一时代的来临。

基于诺奖技术的进一步优化改进

在这项研究中，研究小组使用腺相关病毒（AAV）作为载体，将3个基因Oct4、Sox2 和 Klf4（OSK）传递到小鼠的视网膜中，这些基因通常在胚胎发育过程中开启。而看到这三个基因，相信大家并不陌生，它们连同c-Myc （未在这项工作中使用）一起被称为“山中因子”。

2006年，日本京都大学山中伸弥(ShinyaYamanaka)教授的团队发现只须将四个与干细胞特性相关的转录因子Oct3/4、Sox2、Klf4以及c-Myc（简称OSKM，也被称为“山中因子”)通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，便能抹去细胞上的表观遗传学标记，让这些细胞回到原始的胚胎状态，即诱导它们去分化成多能干细胞，也被称为诱导多能干细胞(iPSC)。山中伸弥也因此在2012年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

之所以只选用了其中3个转录因子，是因为在研究过程中遇到了两个重要挫折。首先，当应用于成年小鼠时，这四种因子也可能诱发肿瘤生长，使得该方法具有安全风险。其次，这些因子可以将细胞状态重置为最原始的细胞状态，而这样就完全消除了细胞的特性。

因此，研究人员对这一方法进行轻微修改，从而绕过了这些障碍。他们放弃了c-Myc基因，只递送剩下的Oct4, Sox2和Klf4这三个基因。这种改良的方法成功地逆转了细胞老化，同时又不会刺激肿瘤生长或使细胞失去它们的特性。

基因疗法再生视神经，

成功逆转青光眼和年龄相关视力受损

随着年龄的增长，视力受损或丧失都将对生活带来极大的不便和痛苦，根据WHO公布的统计报告，目前全球视力受损人群数目极为庞大，高达 3.1 亿人。

此外，一些眼部疾病也会导致视神经损伤，在可以导致人类失明的三大致盲眼病中，青光眼仅次于白内障，但重点在于青光眼是一种不可逆的致盲眼病，此前预计到2020年，我国青光眼患者将达2100多万，40岁以上人群患病率将达到3.05%，居世界首位。

此次的研究团队的策略是基于我们为什么变老这样一个新理论。人体内的大多数细胞含有相同的DNA分子，但功能却大相径庭。为了达到这种程度上的功能功能差异化，这些细胞必须只读取特异性的基因。这种调节功能是表观基因组的职责范畴，表观基因组就是一种在不改变基因的基本基础 DNA 序列的情况下，以特定模式开启和关闭基因的系统。

该理论假设，随着时间的推移，表观基因组的改变会导致细胞读取错误的基因并发生功能失常，从而导致衰老相关疾病。随着年龄的增长，表观基因组最重要的变化之一就是DNA甲基化，其形成了衰老时钟的基础。 DNA甲基化的模式是在胚胎发育过程中形成的，以产生各种类型的细胞类，但随着时间的推移，DNA甲基化的年轻模式消失，细胞内本应开启的基因被关闭，反之亦然，从而导致细胞功能受损。一些DNA甲基化的改变是可以预测的，并已用于确定细胞或组织的生物学年龄。

然而，DNA甲基化是否导致细胞内与年龄相关的变化，老年人又是否保留了恢复这些模式所需的信息，目前尚不清楚。在这项研究中，研究人员假设，如果DNA甲基化确实控制了衰老，那么消除它的一些痕迹可能会逆转生物体内细胞的年龄，使它们恢复到更早、更年轻的状态。

此前，科学家们已经在实验室培养皿里生长的细胞中实现了这一再生能力，但未能在活体中证明这一效果。

为此，科学家们使用AAV将Oct4、Sox2 和 Klf4（OSK）这3个基因导入视神经受损的成年小鼠视网膜神经节细胞（RGCs）中，结果显示视网膜神经节细胞数量增加了两倍，神经再生增加了五倍。进一步的分析表明，损伤加速了DNA甲基化，而这一基因组合疗法则抵消这种影响。

▲ 图片来源：Nature

基于这一在小鼠视神经损伤实验中取得的令人鼓舞结果，研究团队计划了两组实验：一组测试这一基因治疗是否能恢复由青光眼引起的视力受损，另一组测试这种方法是否能逆转由正常衰老引起的视力受损。

▲ A：治疗青光眼所致视力受损；B：治疗年龄相关视力受损

（图片来源：Nature）

在青光眼小鼠模型中，这一治疗导致了神经细胞电活动的增加和视觉敏锐度的显著提高，这可以通过动物看到屏幕上移动的垂直线条的能力来衡量。值得注意的是，这是在青光眼引起的视力受损已经产生之后进行的。

在因正常衰老而视力下降的12个月大的老年小鼠中也观察到了类似的效果。在对老年小鼠进行治疗后，其视神经细胞的基因表达模式和电信号与幼龄小鼠相似，视力得到恢复。研究人员发现464个基因的mRNA水平在衰老过程中发生了改变，而这一基因治疗逆转了90%的这些变化。当研究人员分析被处理细胞的分子变化时，他们还发现了DNA甲基化的反向模式，这表明DNA甲基化不仅仅是衰老过程中的一个标记，而且还是一种驱动衰老的因素。

Ksander表示：“科学家很少能证明视觉功能受损后能恢复，这种新的方法，在不需要视网膜移植的情况下，成功地逆转了导致小鼠视力受损的多种原因，代表了再生医学的一种新的治疗方式。”

总之，这一疗法能在眼部产生多种益处。首先，它促进了小鼠视神经损伤后的神经再生；其次，在青光眼动物模型中逆转了视力下降；第三，逆转了没有青光眼的衰老动物的视力下降。

研究人员也表示，如果他们的发现在进一步的动物实验中得到证实，他们将在两年内开始临床试验，以测试该方法对青光眼患者的疗效。另外，到目前为止，研究结果令人鼓舞，而且用这种3基因方法对小鼠进行了为期一年的全身治疗，没有显示出相关副作用。

这里值得一提的是，类似这种基于促进受损视神经再生的策略目前其他团队也在进行积极地研究。

2020年11月5日，来自英国剑桥大学的科学家们在Nature communications上发表了一篇研究论文。研究人员提取老鼠的视神经细胞，利用AAV载体递送技术实现衔接子分子Protrudin过表达，从而促进眼睛受损的轴突再生，这一发现将有助于开发青光眼的新疗法。

今年4月8日中国研究团队在Cell 期刊在线发表的一项研究论文“Glia-to-Neuron Conversion by CRISPR-CasRx Alleviates Symptoms of Neurological Disease in Mice”。该研究通过基因编辑技术（CRISPR）,首次在成体中实现了视神经节细胞的再生，并且恢复了永久性视力损伤模型小鼠的视力，同时还为进一步治疗众多神经退行性疾病提供了一个新路径。

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眼科疾病：基因治疗的重点发展方向

眼科疾病治疗一直是基因治疗的重点发展方向 。眼睛一定程度上是一个免疫特权区域。临床试验表明，在眼睛中使用AAV等病毒载体递送基因疗法不会导致全身性副作用，而且不会引起显著的免疫反应。目前，已经有用于眼科疾病的基因疗法Luxturna获批上市，众多候选产品近年来也取得了相当多的临床进展。

推荐阅读：

年龄相关性黄斑变性（AMD）

➤➤➤ 2020年11月14日，专注于严重的罕见和眼部疾病的Adverum Biotechnologies，新公布了玻璃体腔药物注射(IVT)基因疗法ADVM-022 治疗湿性年龄相关性黄斑变性（wAMD）的 I 期临床试验（OPTIC）中的中期阳性数据，具有长达92周的耐久性。试验数据证明了ADVM-022能够减轻患者每4-12周一次抗VEGF蛋白的治疗负担，为患者带来了临床益处。

➤➤➤ 2020年9月，Gyroscope Therapeutics Limited宣布，AAV基因疗法GT005获得美国FDA授予快速通道资格，用于治疗干性AMD继发的地理萎缩(GA)。今年8月，该公司宣布启动第二阶段计划以评估GT005是否具有减缓干性年龄相关性黄斑变性(AMD)继发的GA的潜力。今年10月，在GT005正在进行的I/II期临床研究中FOCUS试验中，对首例干性年龄相关性黄斑变性(AMD)继发的GA患者进行了Orbit™视网膜下递送系统（Orbit SDS）给药，这是一种新的递送方式。

➤➤➤ 2020年4月，Regenxbio公布旗下针对湿性AMD的AAV基因治疗药物RGX-314临床试验数据，结果显示，6位达到连续两年追踪的受试患者在视力上均得到长期、持久的治疗效果，视力得到改善。今年9月，该公司使用SCSMicroinjector®技术对首例患者进行脉络膜上腔注射RGX-314。

全色盲(ACHM)

➤➤➤2020年5月，Dominik Fischer团队于国际眼科杂志 JAMA Ophthalmology 上，首次报道了基因治疗全色盲2型的人类临床（NCT02610582）研究结果，并取得了积极的试验数据，数据显示AAV基因疗法在全色盲2型患者中拥有良好的安全性，改善了患者的视力。

➤➤➤2020年1月，AGTC公司宣布，其针对CNGB3和CNGA3基因突变导致ACHM的AAV基因疗法在1/2期临床实验中，均显示出积极的有效性和良好的安全性，患者得到了视觉功能的改善。

此外，MeiraGTx/杨森也在关注该领域，该公司的基因疗法候选产品已经进入了临床开发阶段。

X连锁视网膜色素变性（XLRP）

➤➤➤ 2020年2月，Biogen公布了其斥巨资买下的眼科AAV基因治疗候选产品NSR-RPGR的1/2期临床试验结果，结果显示：NSR-RPGR没有明显的安全性问题，并且达到了预先指定的主要终点，6例患者在随访6个月后的最终阶段视力有所改善。

➤➤➤ 2020年1月，AGTC公司公布了针对XLRP的AAV基因疗法的1/2期临床计划的六个月中期阳性数据，数据显示在用药6个月后，患者显示出视觉功能的持久改善，所有患者均表现出良好的安全性。

Leber遗传性视神经病变（LHON）

➤➤➤ 2020年9月，GenSight Biologics宣布向欧洲药品管理局（EMA）递交其主要产品LUMEVOQ的上市许可申请（MAA），LUMEVOQ是一款针对由ND4基因突变引起的Leber遗传性视神经病变（LHON）的AAV基因疗法。7月6日，该公司公布了一项长达3年的长期随访数据，经LUMEVOQ®注射后，患者双眼持续改善。最佳矫正视力(BCVA)较最低点有显著的临床改善。LUMEVOQ®具有良好的耐受性和安全性。

➤➤➤ 2020年5月，纽福斯在第23届美国基因与细胞治疗学会（ASGCT）线上年会及视觉与眼科研究协会（ARVO）线上年会上，公布了两项利用重组人腺相关病毒注射液(NFS-01 ，rAAV2-ND4)治疗LHON的临床研究数据，结果显示具有积极的安全性和有效性。NR082（NFS-01项目）于9月获得美国FDA授予孤儿药认定（ODD）。

参考资料：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-020-2975-4

2.https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-020-03119-1/d41586-020-03119-1.pdf

3.https://www.fiercebiotech.com/research/reversing-vision-loss-by-turning-back-aging-clock

4.https : //doi.org/10.1038/d41586-020-03119-1

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