【佳學(xué)基因解碼解決方案】基因沉默療法治療卟啉病

基因治療導(dǎo)讀：

高通量測序技術(shù)結(jié)合基因解碼技術(shù)，充實和豐富了基因檢測所賴以生存的基因突變數(shù)據(jù)庫，為眼科疾病、骨科疾病、少白頭、及肌肉萎縮、漸疼癥等的正確診斷分子診斷提供了保證。而正確的致病基因位點的明確為基因治療提供了方向。罕見病的基因治療有多種方法，這包括基于腺病毒和慢病毒的缺陷蛋白體內(nèi)表達方法、具有脫靶基因風(fēng)險的基因編輯治療方法、將基因解碼和基因編輯結(jié)合起來以消除基因編輯的脫靶效應(yīng)的基因矯正方法。另外一種方法是基因沉默法?；虺聊ㄊ峭ㄟ^干擾RNA等技術(shù)將表達致病基因蛋白的RNA進行消減，從而達到治療的目的。這一技術(shù)被用來治療亨挺頓氏舞蹈癥。

佳學(xué)基因名詞解釋：基因沉默

基因沉默是調(diào)節(jié)細胞中的基因表達以阻止特定基因的表達。當基因沉默時，它們的表達就會減少。相反，當基因被敲除時，它們會從生物體的基因組中有效清除，因此沒有表達。

基因沉默的方法與路徑：

反義寡核苷酸

1978年，Paul Zamecnik和Mary Stephenson發(fā)現(xiàn)了反義寡核苷酸。寡核苷酸是一種短的核酸片段，當添加到細胞中時會與互補的靶mRNA分子結(jié)合。這些分子可以由單鏈DNA或RNA組成，長度通常為13-25個核苷酸。反義寡核苷酸可以通過兩種方式影響基因表達：通過使用RNase H依賴性機制或通過使用立體阻斷機制。RNase H依賴性寡核苷酸導(dǎo)致靶mRNA分子降解，而立體阻斷劑寡核苷酸阻止mRNA分子的翻譯。大多數(shù)反義藥物通過核糖核酸酶H依賴機制發(fā)揮作用，其中核糖核酸酶H水解DNA/RNA異源雙鏈的RNA鏈。

核酶

核酶是用于抑制基因表達的催化RNA分子。這些分子通過切割mRNA分子工作，基本上使產(chǎn)生它們的基因沉默。西德尼·奧爾特曼和托馬斯·切赫于1989年新穎發(fā)現(xiàn)了催化RNA分子、核糖核酸酶P和第二組內(nèi)含子核酶，并因此獲得了諾貝爾獎。存在幾種類型的核酶基序，包括錘頭型、發(fā)夾型、三角型肝炎病毒、I組、II組和RNase P核酶。錘頭、發(fā)夾和三角型肝炎病毒（HDV）核酶基序通常存在于病毒或類病毒RNA中。這些基序能夠自我切割mRNA分子上的特定磷酸二酯鍵。低等真核生物和少數(shù)細菌含有I組和II組核酶。這些基序可以通過切割和連接磷酸二酯鍵來自我剪接。最后一個核酶基序，核糖核酶P核酶，在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，并以其與蛋白質(zhì)輔因子結(jié)合時能切割幾種tRNA前體的磷酸二酯鍵而聞名。核酶使用的一般催化機制與蛋白質(zhì)核糖核酸酶使用的機制相似。這些催化RNA分子結(jié)合到一個特定位點并攻擊相鄰的位點RNA主鏈中的磷酸及其2'氧（作為親核試劑）形成具有2'3'環(huán)磷酸和5'羥基末端的裂解產(chǎn)物?？茖W(xué)家們越來越多地利用這種催化機制對靶mRNA分子進行序列特異性切割。此外，人們正試圖利用核酶來生產(chǎn)基因沉默療法，這種療法可以沉默導(dǎo)致疾病的基因。

RNA干擾

RNA干擾（RNAi）是細胞調(diào)節(jié)基因表達的自然過程。1998年，安德魯·費爾（Andrew Fire）和克雷格·梅洛（Craig Mello）發(fā)現(xiàn)了該基因，并于2006年獲得諾貝爾獎。沉默基因的過程首先始于雙鏈RNA（dsRNA）分子進入細胞，然后雙鏈分子被一種叫做Dicer的酶切割成小的雙鏈片段。這些小片段包括小干擾RNA（siRNA）和microRNA（miRNA），長度約為21-23個核苷酸。這些片段整合到一種稱為RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物的多亞單位蛋白質(zhì)中，該復(fù)合物含有Argonaute蛋白質(zhì)，是RNA干擾途徑的重要組成部分。分子的一條鏈稱為“引導(dǎo)”鏈，與RISC結(jié)合，而另一條鏈稱為“乘客”鏈被降解。保持與RISC結(jié)合的片段的引導(dǎo)鏈或反義鏈指導(dǎo)靶mRNA分子的序列特異性沉默。這些基因可以被siRNA分子沉默，siRNA分子導(dǎo)致靶mRNA分子的內(nèi)切酶切，或者被miRNA分子沉默，miRNA分子抑制mRNA分子的翻譯。隨著mRNA分子的切割或翻譯抑制，形成它們的基因基本上變得不活躍。RNAi被認為是一種細胞防御機制，可以抵御諸如RNA病毒之類的入侵者，也可以阻止細胞DNA中轉(zhuǎn)座子的增殖。RNA病毒和轉(zhuǎn)座子都可以雙鏈RNA的形式存在，并導(dǎo)致RNAi的激活。目前，siRNAs被廣泛用于抑制特定基因的表達和評估基因的功能。采用這種方法的公司包括Alnylam、賽諾菲、Arrowhead、Designa和Persomics等。

3'非翻譯區(qū)與microRNA

根據(jù)佳學(xué)基因關(guān)于基因結(jié)構(gòu)的分析，信使RNA（mRNAs）的3'非翻譯區(qū)（3'UTR）通常包含轉(zhuǎn)錄后導(dǎo)致基因沉默的調(diào)節(jié)序列。這種3'-UTR通常包含microRNA（miRNA）和調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點。通過與3'-UTR內(nèi)的特定位點結(jié)合，大量特異性miRNA通過抑制翻譯或直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄物降解來降低其特定靶mRNA的基因表達，其機制類似于RNA干擾（參見MicroRNA）。3'-UTR也可能具有結(jié)合抑制mRNA表達的阻遏蛋白的沉默區(qū)。3'-UTR通常包含microRNA響應(yīng)元件（MRE）。MRE是miRNA結(jié)合并導(dǎo)致基因沉默的序列。這些是3'-UTR中普遍存在的基因信息組件。在3'-UTR內(nèi)的所有調(diào)控基序（例如，包括沉默區(qū)）中，MRE約占基序的一半。截至2014年，人體基因序列變化與疾病表征中共記載了233個生物物種中的28645個條目。其中，1881個miRNA位于帶注釋的人類miRNA位點。據(jù)預(yù)測，每個miRNA平均有大約400個靶mRNA（導(dǎo)致數(shù)百個基因的基因沉默）。Freidman等人估計，人類mRNA 3'UTRs中超過45000個miRNA靶點保守在背景水平以上，并且超過60%的人類蛋白質(zhì)編碼基因處于選擇性壓力下，以維持與miRNA的配對。直接實驗表明，單個miRNA可以降低數(shù)百個獨特mRNA的穩(wěn)定性。其他實驗表明，單個miRNA可能抑制數(shù)百種蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，但這種抑制通常相對溫和（不到2倍）。miRNA基因表達失調(diào)的影響在癌癥中似乎很重要。例如，在胃腸道癌癥中，9種miRNA已被鑒定為表觀遺傳學(xué)改變，可有效下調(diào)DNA修復(fù)酶。miRNA基因表達失調(diào)的影響似乎在神經(jīng)精神疾病中也很重要，如精神分裂癥、雙相情感障礙、抑郁癥、帕金森病、，阿爾茨海默病和自閉癥譜系障礙。

基因沉默技術(shù)在疾病治療中的應(yīng)用

2021年10月21日，英國BBC報道。英國國家醫(yī)療服務(wù)體系（NHS）將采用一種創(chuàng)新藥物，這種藥物被稱為“基因沉默”，幫助那些生活在嚴重病痛中的人。

急性間歇性卟啉病破壞利茲姐妹的生活

該藥用于治療急性間歇性卟啉?。╝cute intermittent porphyria)，這種病會在家族中傳播，導(dǎo)致患者無法工作或無法正常生活。臨床試驗顯示，使用這種藥物后，嚴重癥狀減少了74%。雖然卟啉癥很罕見，但專家表示，基因沉默有可能給醫(yī)學(xué)帶來革命性的變化。

該藥物改變了利茲·吉爾（Liz Gill）和蘇·伯勒爾（Sue Burrell）姐妹的生活。在接受治療之前，莉斯記得生活在“有效痛苦”中的創(chuàng)傷，最糟糕的是，她在醫(yī)院癱瘓了兩年。妹妹蘇說她“一夜之間失去了一切”，當她突然進出醫(yī)院，被解雇，并不知道她的伴侶是否會一直陪伴她（他有）。“太可怕了，”她告訴我。兩人都習(xí)慣了每天服用強效麻醉性的止痛藥。但在需要住院治療的嚴重發(fā)作期間，即使嗎啡也無法抑制疼痛。
基因沉默：與抗生素有一比的藥物

基因沉默直抵姐妹倆患病的根源，而不僅僅是控制她們的癥狀。他們的卟啉癥會導(dǎo)致體內(nèi)有毒蛋白質(zhì)逐步增長，從而導(dǎo)致身體疼痛。基因沉默讓一套阻止蛋白質(zhì)產(chǎn)生的基因指令減弱了。兩人都參加了治療，這是臨床試驗的一部分，她們目前每月仍在接受注射。

利茲說：“差別是巨大的，我們不再疼了。”“你不需要依賴以鴉片為基礎(chǔ)的止痛劑，這會讓你在工作中取得成功，買得起自己的房子。”

蘇說治療改變了她的生活：“（你）可以做以前不能做的事情，可以更好地做一個母親，更好地做一個妻子……好好生活。”

臨床試驗表明，被稱為givosiran的基因沉默療法，將嚴重發(fā)作的數(shù)量減少了74%。

英國國家健康和臨床優(yōu)化研究所負責(zé)批準在英國使用藥物，該研究所表示，這種療法“將提高人們的生活質(zhì)量”，而且“物有所值”。英國倫敦大學(xué)國王學(xué)院醫(yī)院國家急性卟啉癥服務(wù)中心主任大衛(wèi)·里斯（David Rees）告訴BBC：“找到一種真正改變?nèi)藗兩畹乃幬锓浅Ａ瞬黄稹?rdquo;但是，急性間歇性卟啉癥是罕見的。在英國，每年只有大約17人被確診。“（但是）如果我們能控制基因，并在我們想要的時候打開或關(guān)閉它們，那么在治療包括阿滋海默癥、癌癥和其他疾病方面，幾乎任何事情都是可能的，”里斯教授說。

基因沉默已經(jīng)被證明在淀粉樣變等其他罕見遺傳疾病中有效。它能夠在不長久改變?nèi)梭wDNA的情況下，改變DNA在人體中的工作方式，已經(jīng)被用來做降膽固醇注射，每年兩次。阿爾斯特大學(xué)個體化醫(yī)療教授塔拉·摩爾（Tara Moore）表示，基因沉默的影響力可能像抗生素一樣大。

她對BBC說：“這是一種非常強大的工具，它非常獨特，非常了不起。”“真的沒有什么能阻止我們面向如此多的不同疾病，從癌癥、心血管疾病到膽固醇問題。”