研究發現多囊腎病基因治療的新途徑

常染色體顯性多囊腎病（ADPKD）是最常見的潛在致命遺傳疾病，僅在美國就有約50萬人患有該病。目前尚無治癒方法，但新的研究可能為治療該疾病提供新的基因治療方案。

幾十年來，科學家已經知道，在編碼多囊蛋白-1（PC1）蛋白質的PKD1基因中發生突變會導致80%左右的情況下出現該種遺傳性腎臟結構異常。然而，這種蛋白質太大了，無法通過基因治療策略進行修改。

現在，由耶魯細胞和分子生理學系博士後Laura Onuchic、細胞和分子生理學主席兼C.N.H. Long教授Michael Caplan領導的一個科學家小組發現這種蛋白質中的一小部分可能就是預防疾病的關鍵。這一發現可以引領開展新型藥物治法，並於3月30日刊登於《自然通訊》上。

卡普蘭是這項研究的首席研究員，他說：我們的研究表明，PC1蛋白的一小段–只有200個胺基酸–就足以在小鼠模型中抑制這種疾病。我們的工作將為多囊腎病的潛在疾病機制提供新的見解，並揭示開發治療的新途徑。

ADPKD是一種遺傳性疾病，每1000人中就有一人受到影響。受影響的腎臟會發展出數量和大小都會增長的囊腫。我們每個腎臟大約有一百萬個腎單位。在這種疾病中，在幾十年的過程中，其中一些腎單位發展成巨大的充滿液體的包囊，擠佔了正常組織。隨著時間的推移，這可能會壓縮和降低腎臟的功能部分，導致腎功能喪失。

“到那時候，患者的兩側腎臟非常巨大——它們可以達到足球大小”，該項調查報告第一作者Onuchic說道。相比之下，正常尺寸只有拳頭大小左右。患有此類遺傳性結構異常者中約半數需要進行透析或接受移植手術治療等方法。此外，它可以從父母遺傳給後代——如果一個父親是攜帶者，則他們的一半子女可能會受到影響。“因此，你可以看到在那些大家族中，其中多個人都患有該疾病”，她說。

一年多前，由醫學博士斯特凡·索姆洛(Stefan Somlo)領導的一個團隊發現，如果他們在小鼠模型中移除PC1蛋白，小鼠的腎臟就會變大。在蛋白質重新表達後，腎臟恢復正常。

卡普蘭說：他們做了一個非常漂亮的實驗，表明在多囊腎病的小鼠模型中，這些動物的腎臟中會出現巨大的囊腫，即使這些囊腫已經形成，恢復正常蛋白質的表達也會使囊腫消失。“

作為一種治療策略，問題是這種蛋白質含有4300個胺基酸，”Onuchic補充道。“它太大了，無法進行基因傳遞。”Onuchic和Caplan說，解決方案可能是將ADPKD的基因治療降低到可控的規模。研究人員使用基因療法試圖獲取編碼他們感興趣的基因的序列，並在他們想要的細胞中表達它。這通常涉及到病毒載體。卡普蘭說：“病毒可以是特洛伊木馬，將你感興趣的基因送入你需要進入的細胞中，但這些病毒載體只有一定的空間。”由於PC1蛋白的質量很大，這給治療多囊腎病帶來了問題。“PC1太大了，不適合大多數基因治療載體，但現在只有這個200個胺基酸的片段可以放在載體中。”

在他們的新研究中，研究小組使用了他們經過基因改造的小鼠模型，使他們能夠關閉與多囊腎病相關的基因。換句話說，他們通過在小鼠的基因組中產生突變，在這些模型中從基因上誘導了疾病。結果，這些模型出現了囊腫症。然後，研究小組啟動了200個胺基酸長度的蛋白質片段的表達。“想像一下，撥動一個電燈開關，一盞燈熄滅，另一盞燈亮起，”卡普蘭說。“我們正在關閉正常的多囊腎病基因，只開啟這一小段蛋白質的表達。”研究小組發現，這極大地縮小了囊腫的大小。“儘管我們去掉了全長的PC1蛋白，這通常會導致嚴重的囊性疾病，但只要開啟這一小段就足以抑制這種疾病，”他說。

此外，該團隊還揭示了為什麼這一小塊就足夠的機制的線索。通過免疫沉澱，他們使用抗體來分離蛋白質，然後使用質譜學來確定哪些蛋白質與它相互作用。他們發現，一種名為煙醯胺核苷酸轉氫酶(NNT)的線粒體蛋白與PC1片段相互作用。卡普蘭說：“從基礎生物學的角度來看，這告訴了我們一些關於多囊腎病蛋白的全新功能，併為研究其正常功能開闢了一條完整的途徑。”該團隊計劃繼續使用基因療法，最初是在小鼠模型上，只針對200個胺基酸片段，希望他們的工作有朝一日能造福人類。“從治療的角度來看，我們希望至少能夠減緩疾病的進展，這真的很令人興奮，”Onuchic說。