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基因治疗使小鼠恢复听力,遗传性耳聋有望治愈

波士顿儿童医院和哈佛医学院的研究人员通过基因治疗为“耳聋”小鼠模型恢复了听力,其研究成果于7月8日在线发表在Science Translational Medicine杂志上,这将推动基因治疗应用于遗传性耳聋治疗的进程。

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波士顿儿童医院的科学家Jeffrey Holt说:“我们的基因治疗方法尚未用于临床实验,还需再优化,并在不久的将来将其用于治疗耳聋患者。”


目前已发现超过70个基因与耳聋相关(实际上,华大基因目前可以对非综合征型与综合征型耳聋常见与罕见的127 个致病基因进行检测)。研究人员重点研究了TMC1基因,因为它是遗传性耳聋中最为常见的致病基因,约占耳聋患者人群的4-8%。该基因编码的蛋白在听力过程中起关键作用,帮助将声音转化成电信号然后传导到大脑。


研究人员在两种突变型小鼠模型中测试基因治疗的效果。在其中的一种突变型小鼠中,TMC1基因完全被敲除。这种小鼠模型对于研究携带TMC1基因隐性致病突变的人群很有帮助,如果孩子分别从父母那里遗传了TMC1基因的致病突变,通常会在2岁左右完全丧失听力。


另一种突变型小鼠叫Beethoven,是一种很特别的TMC1突变体,这种突变型小鼠会因为基因突变导致一个氨基酸发生变化。这种小鼠模型对于研究因TMC1基因显性遗传而致病的耳聋患者很有帮助。显性遗传性耳聋比隐性遗传性耳聋相对少见,这种类型的耳聋患者只需一个拷贝的突变就会使孩子逐渐丧失听力,一般会在10-15岁发病。


为了将正常的基因导入小鼠体内,研究团队将正常的基因与启动子序列一起插入到一种名为1号腺伴随病毒或AAV1的工程病毒载体中,只有在内耳的感觉细胞(又称为毛细胞)中,启动子才会启动基因的表达。包含正常TMC1基因的AAV1病毒载体被注入内耳之后,可以发现:


1.在隐性遗传性耳聋小鼠模型中,基因治疗使小鼠的毛细胞恢复听觉功能,能够对声音做出反应,并且可以监测到其产生的电流,脑干的听觉相关区域也恢复了功能。


2.最重要的是,耳聋小鼠恢复了听力。为了测试其听力,研究人员将小鼠置于一个惊吓测试盒中,然后突然发出响亮的声音,TMC1突变型小鼠对声音没有反应,仅仅是坐着,但经过基因治疗后,在听到声音后它们会像正常小鼠一样跳起来。


3.对于显性遗传性耳聋小鼠模型,使用相关的基因TMC2进行基因治疗后,在细胞和大脑组织水平上看是成功的,在惊吓测试中小鼠的听力功能有一定程度的恢复。


临床实验有望尽快开展


AAV1被认为是一种安全的病毒载体,曾用于基因治疗失明、心脏病、肌营养不良等疾病。为了达到最好的效果,研究人员测试了多种病毒载体和启动子。他们准备继续优化该基因治疗方法,并观察小鼠的听力恢复情况。


目前已经观察到小鼠的听力至少在2个月内的恢复得很好,他们想看看是否可以恢复得更长久一些。


最终,Holt希望跟波士顿儿童医院的耳鼻喉科临床医生合作,在5-10年内开展针对TMC1基因进行基因治疗的临床实验。


波士顿儿童医院负责遗传性耳聋研究的MargaretKenna博士说:“目前的基因治疗对于因TMC1隐性基因突变导致的深度耳聋来说仅仅是一种辅助性的听力恢复措施,效果并不算好。”他对这项研究非常熟悉。“人工电子耳蜗确实是很棒的,但是真实的听力与人工电子耳蜗相比,在音频的范围、所听到声音的辨识度、音乐和背景噪音、判断声音来源的方向等方面要具有明显的优势。对于遗传性耳聋患者来说,如果在早期能改善听力,将对其学习和使用语言带来巨大的帮助。”


Holt相信,使用相关的基因治疗方法,应该也能治疗其他类型的遗传性耳聋。总体而言,双耳严重或深度失聪在新生儿中的发病率为每一千人中有1-3人。在不久的将来,遗传性耳聋患者会接受基因测序,然后接受个性化、精准的基因治疗,来恢复听力。


声音传感器:TMC是如何发挥作用的?


Holt的研究团队在2013年发现TMC1和相关的蛋白TMC2对于听力是非常关键的,科学家通过30年的研究证实了这点。包括微绒毛在内的内耳听觉毛细胞中有一个通道,其末段是由TMC1和TMC2蛋白形成的。当声波从微绒毛(microvilli)传过时,绒毛会摆动,形成机械性的刺激,使这些通道打开,从而是钙离子进入细胞,产生电信号并传导到大脑,最终转化成听力。


虽然这种通道要么是由TMC1蛋白形成的,要么是由TMC2蛋白形成的,但只要TMC1基因发生突变,就足以致聋。然而,Holt的研究结果表明,针对TMC2基因进行基因治疗可以补偿因功能性基因TMC1发生突变导致的听力丧失,从而完全恢复隐性遗传性耳聋小鼠模型的听力,或部分恢复显性遗传性耳聋小鼠模型的听力。“这是一个将基础研究成果转化成临床研究的经典案例。”Holt补充道。


Bertarelli基金会的Ernesto Bertarelli说:“此次基因治疗的成果意义深远,能够赞助这项研究,我们感到非常高兴。”这项研究的大部分经费由该基金会赞助。这些研究发现意义非凡,并将最终造福于广大遗传性耳聋患者。


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