十余年的研究沉淀，发现致命神经系统疾病基因治疗新靶点
2023年5月4日，清华大学、神济昌华创始人贾怡昌教授、中国科学院上海药物研究所高召兵教授及北京大学第三医院樊东升教授在Nature杂志子刊Cell Research在线发表封面（2023第七期）文章，题目为Disruption of ER ion homeostasis maintained by an ER anion channel CLCC1 contributes to ALS-like pathologies。
该研究首次证实了CLCC1是内质网定位的氯离子通道，具有协助内质网钙离子释放和调节内质网的离子稳态的生理功能。贾怡昌教授透露，CLCC1功能缺失会破坏内质网的离子稳态，从而引发内质网胁迫，并对肌萎缩侧索硬化症（ALS）的病理和致病有贡献。
作为一种主要累及大脑皮层、脑干和脊髓运动神经元的快速进行性致死性神经系统变性疾病，ALS有一个更为大众熟悉的名字——渐冻症。这种神经退行性疾病的致死率极高，据了解，渐冻症患者3年和5年死亡率分别为50%和80%。不仅如此，随着渐冻症患者人数增加，其市场正在不断扩大。数据统计，2021年渐冻症的全球市场为7亿美元，2023年将达10亿美元。贾怡昌教授团队的新发现像一股活水，为治疗渐冻症提供新的可能性。
#01
十余年的研究沉淀，
发现渐冻症致病基因
从最开始谈起。贾怡昌教授告诉橙果局，该项研究最早起于他在美国小鼠遗传圣地杰克逊研究所Dr.Susan Ackerman实验室的博士后工作，利用小鼠遗传学研究神经退行性疾病的发病机制。
“其实在美国期间，我们花了三年时间才在小鼠身上找到了CLCC1这个发病基因，但当时仅仅把CLCC1和小鼠神经退行性疾病建立联系后，我就离开了美国。”贾怡昌教授说道。2013年，贾怡昌教授归国，任清华大学医学院助理教授一职，并继续专研该项目。“得到Dr.Susan Ackerman的支持后，我把小鼠从美国带到中国来，继续做我们的研究。”贾怡昌教授笑道。
经过大量的研究，贾怡昌教授团队证实了CLCC1与人类疾病ALS有关。一晃，就是10年。
在此之前，尽管科学家已经发现了约50种与渐冻症发病相关的基因，但渐冻症发生发展的机制仍然不完全清楚，CLCC1的发现为ALS发病机制提供了一个新的思路。
在一个新的中国渐冻症病人队列中，贾怡昌教授团队发现了包括W267R和S263R在内的8个罕见突变。通过单通道电生理、钙成像、基因敲入小鼠的病理学检测等一系列实验，团队证实了S263R和W267R为功能缺失的突变。
在接下来的进一步研究中，在S263R和W267R渐冻症突变敲入小鼠的脑内，突变的CLCC1蛋白会发生泛素化依赖的降解。同时，团队还发现，在脊髓“ChAT+”运动神经元中条件性敲除CLCC1基因的小鼠中，其运动神经元出现大量死亡、运动神经元内质网胁迫，同时还伴随渐冻症特征性病理——TDP-43蛋白出核和TDP-43泛素化聚集。
这一实验结果才真正将CLCC1的突变与渐冻症联系起来。“将小鼠基因突变与人类疾病相关性联系起来，我们的核心是了解人类疾病的发病机制。”贾怡昌教授谈道。
#02
揭开内质网阴离子通道神秘面纱
“我们的机制在提示氯离子对维持内质网功能十分重要。这也是我们首次在世界范围提出来的结论。”贾怡昌教授表示。
内质网（ER）是细胞内重要的储存钙离子的细胞器，它不仅可以通过膜上分布的三磷酸肌醇受体（IP3R）和兰尼碱受体（RyR）通道来释放钙离子，还可以通过SERCA质子泵回收钙离子。在细胞内，钙离子跨内质网膜的流动会带来电势的变化，这就需要其他离子进行电荷和渗透压的平衡。
在过往研究中，科学家们已证实内质网钾离子通道TRIC的存在，但一价的钾离子无法同时抵消二价钙离子释放产生的电势差和渗透压差。因此，内质网膜上必定同时存在一个阴离子通道。而该阴离子通道的神秘身份一直未被鉴定。
“除钙离子外，体内比较多的阳离子就是钾离子，而比较多的阴离子是氯离子。所以，我们就思考了整个过程，将钙、钾和氯几个离子综合起来看，最后总结出‘2Ca2++Cl-=3K+’。这样解决了钙离子跨内质网膜的流动的电荷和渗透压的平衡。”贾怡昌教授谈道。
▲ 内质网定位的阴离子通道CLCC1调节内质网离子稳态
而要进一步将CLCC1与内质网稳态联系起来，则需要观察CLCC1是否参与调节内质网的离子稳态。为此，贾怡昌团队在世界上首次制备了内质网定位的比率型氯离子探针和比率型钾离子探针，再结合流式细胞术对293FT细胞进行检测。结果发现，敲低CLCC1导致静息态[Cl-]ER和[K+]ER升高。
这表明不同于对照细胞中出现的细长且结合核糖体的内质网结构，CLCC1敲低的细胞出现更多的短棒状内质网，且内质网的平均宽度也会增加。这也是团队发现CLCC1维持着内质网中氯离子浓度和钾离子浓度，以及内质网形态的重要依据。
整个重要发现是个漫长的过程，也是相互合作的结果。谈到科研合作，贾怡昌教授是绝对的主动型。一有研发需求，贾怡昌教授就找到了中科院药物所高召兵教授团队以及北京大学第三医院樊东升教授团队展开合作。“各个实验室发挥自己所长。医院提供给病例库，药物所对电生理技术比较熟悉，而我们主要做蛋白质纯化和疾病机制探索。我们的合作是一个加速状态，能够解决很多问题”贾怡昌教授表示。
▲ 清华大学贾怡昌团队和北京大学第三医院樊东升团队合影
没有科学家不希望自己的成果走向实践，贾怡昌教授亦是如此。
“我们现在觉得CLCC1很有可能能作为一个新的靶点，来改善渐冻症病人的状态。”贾怡昌教授表示。针对CLCC1基因突变的病人，一方面可以通过激活或者抑制内质网阴离子通道在内质网上的活性来达到治疗效果；另一方面可以通过基因治疗的方式，来改善病人状况。
“这都是未来CLCC1在ALS领域潜在的应用方向。”他谈道：“无论是作为一名科研人员，还是一名创业者，我们的初心只有一个，就是希望研究成果可以帮助到病人。”
贾怡昌博士
神济昌华简介
神济昌华（北京）生物科技有限公司（英文名“SineuGene”，简称“神济昌华”）成立于2021年底，是一家专注于神经系统疾病基因治疗的生物医药企业。核心管线源于清华大学医学院贾怡昌教授实验室在神经科学领域十余载的基础科研成果。公司建立了果蝇、小鼠、巴马猪等新型基因敲入动物疾病模型平台，最大程度还原了疾病特征，以寻找更可靠的创新药物靶点；建立了中枢神经系统AAV筛选平台，开发靶向性强、递送效率高、免疫原性低的新型AAV血清型；建立了从靶点筛选、序列设计优化，到核酸合成、化学修饰和递送技术开发等中枢神经系统小核酸药物研发平台。结合AAV介导的基因表达和编辑，以及小核酸介导基因表达调控等技术手段，公司布局了多个产品研发管线，致力于攻克肌萎缩侧索硬化症（ALS）、脑卒中（Stroke）、帕金森病（PD）、阿尔兹海默症（AD）、亨廷顿舞蹈症（HD）、自闭症（ASD）等神经系统疾病。
转载来源：动脉橙果局
作者：沈宇婷
E.N.D