發(fā)布日期：2017-08-07
基因療法是近年來的熱門話題。隨著我們對(duì)人類基因組的認(rèn)識(shí)不斷加深，越來越多的科學(xué)家想要通過改造基因，治療疾病。昨日，我們報(bào)道的人類胚胎改造，就是一個(gè)典型案例。
該研究的主要負(fù)責(zé)人Xiaoyang Wu教授（圖片來源：芝加哥大學(xué)）
今日，在頂尖學(xué)術(shù)刊物《細(xì)胞》的子刊《Cell Stem Cell》中，來自芝加哥大學(xué)的Xiaoyang Wu教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了他們的一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)——將干細(xì)胞技術(shù)、CRISPR基因編輯技術(shù)、與皮膚移植技術(shù)相結(jié)合，一款基因療法有望對(duì)肥胖癥與2型糖尿病這兩種常見疾病進(jìn)行治療。
自上世紀(jì)70年代以來，科學(xué)家們就學(xué)會(huì)了如何從燒傷患者身上分離出皮膚干細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行培育，并移植到患者的燒傷部位，進(jìn)行治療。這給Wu教授的團(tuán)隊(duì)帶來了啟示。如果我們在這些皮膚細(xì)胞中引入能治病的基因，是否就能把皮膚改造成人體的藥廠，隨時(shí)生產(chǎn)能治療疾病的藥物呢？
科學(xué)家們想在皮膚里引入能治病的基因（圖片來源：《Cell Stem Cell》）
研究人員決定以小鼠糖尿病為模型檢驗(yàn)這個(gè)想法。選擇糖尿病有幾個(gè)原因。首先，它的病理與皮膚無關(guān)，因此不大可能受皮膚移植的影響。其次，我們知道，用一些簡單的蛋白質(zhì)，就能對(duì)糖尿病進(jìn)行治療，這便于基因療法的開發(fā)。
使用CRISPR基因編輯手段，這支團(tuán)隊(duì)改造了編碼胰高血糖素樣肽1（GLP1）的基因，引入了一個(gè)能顯著提高其半衰期的突變。隨后，他們將這條基因接在了一個(gè)抗體基因片段上，并在前頭安上了一個(gè)受多西環(huán)素（doxycycline）誘導(dǎo)的啟動(dòng)子。按照他們的設(shè)計(jì)，如果這個(gè)基因片段能正常工作，那么在多西環(huán)素的誘導(dǎo)下，基因會(huì)進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生與抗體片段相融合的GLP1。在抗體片段的作用下，它能隨著血流進(jìn)行循環(huán)，促進(jìn)胰島素的分泌，從而起到控制糖尿病的作用。
這款基因療法的設(shè)計(jì)示意圖（圖片來源：《Cell Stem Cell》）
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)看起來很完美，但實(shí)際操作是困難重重。由于條件所限，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)只能先在小鼠中進(jìn)行，而小鼠的皮膚移植體系極不成熟。在小鼠的免疫系統(tǒng)不受影響的前提下，幾乎沒有一例成功的皮膚移植案例。這款基因療法，能如預(yù)想般順暢運(yùn)行嗎？
為了攻克這一難題，研究人員使用了這幾年新興的“類器官”技術(shù)。他們將基因引入到小鼠的皮膚細(xì)胞后，讓這些細(xì)胞在培養(yǎng)基上生長。在多年的摸索下，研究人員終于找到了一個(gè)能讓細(xì)胞開始分層的特定環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境的誘導(dǎo)下，這些原本雜亂無章的細(xì)胞變成了具有多層結(jié)構(gòu)的“皮膚類器官”。它雖然和正常皮膚有著差異，但生理性質(zhì)已非常接近。
皮膚“類器官”的產(chǎn)生，是該研究中的一大亮點(diǎn)（圖片來源：《Cell Stem Cell》）
隨后，研究人員把這些皮膚移植到了小鼠身上，并緊張地等待著小鼠的反應(yīng)。令人欣慰的是，大部分小鼠沒有出現(xiàn)顯著的排斥反應(yīng)?？紤]到這些小鼠的免疫功能依舊保持完整，這個(gè)結(jié)果堪稱突破。這也是我們首次證實(shí)，經(jīng)過改造的皮膚移植物，在免疫功能完整的野生型小鼠上能長期存活。
“我們皮膚移植的成功率要超過80%，這非常令人興奮。”Wu教授說。
移植上的皮膚細(xì)胞雖然活了下來，但這并不代表依存于皮膚細(xì)胞的基因療法能夠起效。隨后，研究人員繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試圖了解他們插入的基因能否起作用。
在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，研究人員給皮膚里內(nèi)嵌有基因療法系統(tǒng)（但未經(jīng)誘導(dǎo)）的小鼠，以及野生型小鼠都喂食了高脂肪的食物。兩組小鼠的體重都上升明顯。這表明皮膚的移植，不會(huì)影響小鼠的正常發(fā)育生長。
隨后，研究人員們在高脂肪的食物里添加了誘導(dǎo)劑，觀察小鼠們的反應(yīng)。野生型小鼠和之前表現(xiàn)得一樣，很快就胖成了氣球。而皮膚里內(nèi)嵌有基因療法系統(tǒng)的小鼠，在誘導(dǎo)劑的作用下，體內(nèi)的GLP1水平顯著上升，這也讓血液里的胰島素水平上升，有效控制了血糖。于是，這些小鼠怎么吃也吃不胖。
在誘導(dǎo)劑的作用下，接受基因療法的小鼠（左）并沒有吃胖（圖片來源：《Cell Stem Cell》）
“綜合來看，我們的數(shù)據(jù)表明，基于皮膚的基因療法能有效誘導(dǎo)GLP1的表達(dá)，用于治療和預(yù)防由飲食引起的肥胖癥和其他疾病。”研究人員寫道。因此，他們相信這款基因療法有望在未來應(yīng)用于臨床。
“我們突破了技術(shù)上的瓶頸，設(shè)計(jì)了一種小鼠與小鼠之間的皮膚移植模型。這些動(dòng)物的免疫系統(tǒng)都保持著完整。我們認(rèn)為這個(gè)平臺(tái)有潛力帶來安全持久的基因療法。我們期待它有朝一日能應(yīng)用于人體，” Wu教授說：“它能被用來遞送具有療效的蛋白，替代具有遺傳缺陷的蛋白，或是移除各種毒素。”
參考資料
[1] Engineered Epidermal Progenitor Cells Can Correct Diet-Induced Obesity and Diabetes
[2] Gene therapy via skin could treat many diseases, even obesity
來源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯
