睿健研发副总颜若蓉博士开发出基于组织再生增强子新型基因疗法
从再生模式动物斑马鱼的心脏再生“开关”中获得启发和灵感，中国科学家开发出新型基因疗法。通过设计斑马鱼心脏再生“开关”与不同基因的组合，在成年哺乳动物的疾病模型中试验并见证了其“再生”超能力的重现。
简单来说，该“开关”组合能够精准控制哺乳动物受损部位基因的时空表达，即组织受损时启动基因表达，完成组织修复后关闭基因表达，“没有早一步，没有晚一步”的精准调控方式，为人类再生医学研究又解锁一条更安全更有效的新路径。
近日，相关研究以 An enhancer-based gene-therapy strategy for spatiotemporal control of cargoes during tissue repair 为题发表在 Cell Stem Cell杂志上，时任美国杜克大学医学中心细胞生物学系肯尼斯·波斯（Kenneth D. Poss）教授团队博士后研究员、现任武汉睿健医药科技有限公司研发副总的颜若蓉博士为第一作者，肯尼斯·波斯教授为通讯作者。
▲图｜相关论文（来源：Cell Stem Cell）
颜若蓉博士毕业于北京大学生物化学与分子生物学专业，随后前往美国杜克大学医学中心开展并完成博士后工作，于 2021 年加入武汉睿健医药科技有限公司，作为合伙人负责公司研发事务。
颜若蓉利用自身在基因治疗及再生医学领域的产品开发经验，带领团队在睿健医药独有的化学诱导平台上，进一步探索“AI+化学诱导”临床产品开发，为多种“无法治愈”的疾病探索包括细胞治疗及基因治疗在内的全新的“可治愈”方案。
器官和组织再生，是再生医学研究一直追求和探索的目标。当人们的肢体、心脏以及脊柱经受巨大创伤后，受伤的组织都会努力进行自我修复，但结果往往并不理想，其他哺乳动物的再生能力也不尽如人意，或没有再生能力，或再生能力微弱。尤其是心脏肌肉，在受伤后的恢复能力更是十分有限，但与人类基因组高度同源的低等脊椎动物斑马鱼却有着超乎寻常的心脏再生能力。
肯尼斯·波斯教授于 2002 年首次发现成年斑马鱼与哺乳动物有着不一样的心脏再生能力，证实斑马鱼在被手术切除 20% 的心室后，仍能在 60 天内完成形态及功能上的完全恢复，为心脏再生研究提供了重要的动物模型及理论基础。
生物体在发育过程中，体内都存在着一类增强子序列可控制不同发育阶段关键基因的表达时间，斑马鱼在成年后仍保持有强大的再生能力的“秘密”也正在于此。2016 年，波斯教授及团队在 Nature 杂志上首次报道了斑马鱼中存在一种仅在组织受损时响应的调控序列。
该序列能在斑马鱼心脏或鳍受损时启动基因在损伤部位附近的特异性表达，并在完成组织形态及功能恢复后立即关闭，这种好比组织再生“开关”一样的序列被称为“组织再生增强子元件”（Tissue-Regeneration Enhancer Elements, TREEs）。该团队进一步研究证明 TREE 介导的 Nrg1 基因在受损部位的特异表达可以精准促进斑马鱼的心脏修复。
然而，在再生模式动物斑马鱼上的这一发现是否能够转化应用到哺乳动物，并赋予成年哺乳动物的心脏再生能力尚不清楚。如何通过与再生模式生物斑马鱼的比较研究来解锁哺乳动物的再生能力一直是颜若蓉的重要研究方向之一，也是她之所以选择斑马鱼作为比较研究对象的重要动力。
颜若蓉和团队在该论文的研究中利用斑马鱼的 TREEs，开发出了一种在哺乳动物受损部位驱动心脏再生的全新基因疗法。该研究通过构建转基因模型或 AAV 载体在小鼠及猪上进一步探索 TREEs 在成年哺乳动物的应用潜力。
研究发现源自斑马鱼的 TREEs 在小型及大型哺乳动物模型上均具有损伤响应性，可以被哺乳动物的转录系统所识别，进而在受损部位提供精准指令。
组织受损时，TREEs 可以特异性启动报告基因在受损部位附近的表达。同时，对心肌损伤模型小鼠尾静脉注射含有 TREE-Yap 的 AAVs，可实现 Yap 基因在心肌受损部位附近的特异性表达，促进心肌细胞增殖，并改善心脏功能。
▲图｜斑马鱼调控序列 TREE 可快速响应损伤信号
并启动基因的时空性表达（来源：Cell Stem Cell）
此外，通过结合 CRISPR-dCas9 技术，AAV 载体表达的 TREE-Hsp68::Cre; U6::gRNA 可以分别与 R26-CAG::dCas9p300 及 R26-CAG::dCas9KRAB 小鼠来驱动组织受损时内源性基因的转录激活或抑制，实现了对内源性基因更为安全、特异的调控方式。
该研究进一步在小鼠体内通过 TREE-Hsp68::LacZ 转基因鼠模型探索了 TREEs 在其他损伤疾病模型中的调控作用，结果发现 TREE 在肌肉、骨骼等组织受损时也能够精准调控外源性基因在受损部位的时空性表达，表明 TREE 的损伤响应性不仅仅局限于心脏组织。
更令人激动的是，TREE 的损伤响应性不仅仅局限于心肌损伤的急性期。在心肌损伤小鼠模型中，即使是在心脏受损 30 天后注射 TREE-Hsp68::EGFP 依旧可以特异性驱动报告基因在损伤区域附近的表达，大大拓展了 TREE 的应用时间窗口。
如前所述，成年哺乳动物的组织器官再生能力十分有限，既无法像涡虫一般，即使被切成数百块，也仍然能够从少部分组织再生出新的完整个体，也不能如蝾螈一般再生出截断的四肢。许多器官一旦发生严重创伤，即使通过现代医学的治疗手段，也无法使其恢复如初。
也正因如此，颜若蓉这一论文中更具启发的一点也值得提及，即研究发现不同的 TREE 有着不同的组织、细胞类型分布和响应特性。不同 TREE 和关键基因的组合将为损伤性疾病患者开发出潜在的个体化治疗方案，也为再生医学领域的基因治疗提供了全新的思路。
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