听力损伤竟能逆转?波士顿团队首创双载体基因




听力受损作为一种常见性疾病,正受到越来越多的关注。

今年 3 月,《柳叶刀》曾公布一项关于听力受损的研究报告,“1990-2019 年全球听力损失患者逐年增加,预计 2050 年将达到 24.5 亿。”

由此可见,听力受损并不是我们想象中的只存在老年群体中,而是与所有人都息息相关。事实上,除了年龄增长这一关键因素外,基因遗传也是导致听力损伤的重要原因之一。

近日,波士顿儿童医院首创一种基因治疗技术,成功在小鼠体内实现了听力逆转,将其严重受损的听力恢复到正常水平[1]。

听力损伤竟能逆转?波士顿团队首创双载体基因


图 | 相关论文(来源:Science Advances)

12 月 15 日,相关研究结果以论文形式发表在 Science Advances 期刊。该论文以《双载体基因治疗可恢复 DFNB16 听力损失小鼠模型的耳蜗放大和听觉灵敏度》(Dual-vector gene therapy restores cochlear amplification and auditory sensitivity in a mouse model of DFNB16 hearing loss)为题,通讯作者由哈佛医学院耳鼻喉科和神经病学教授杰弗里·霍尔特(Jeffrey Holt)担任。

据了解,先天性听力受损的原因各不相同,至少与 100 个不同基因的突变有关,但高达 16% 的遗传性听力损失可以追溯到同一个基因,即著名的 STRC 基因。

“STRC 是一种编码蛋白质立体纤毛蛋白的基因,同时,它也是 DFNB16 遗传性耳疾的第二个最常见的原因。”霍尔特表示。

哺乳动物的内耳已经进化出一种独特的能力,可以放大柔和的声音,减弱其对响亮声音的响应,并在频域中快速调整其响应,这种能力又被称为耳蜗放大功能。但携带 STRC 突变的患者却完全丧失了耳蜗放大能力,这导致他们听觉灵敏度降低,频率辨别和言语感知困难。

那么,该如何通过基因治疗来应对 STRC 突变呢?

说到这里,就不得不介绍一下人们能听到声音的原因。

我们之所以能够听到各种各样的声音,取决于耳蜗中感觉外毛细胞的活动。其一般都与耳朵的盖膜接触,盖膜会响应声音而振动,然后将这些振动转换为发送到大脑的信号。

听力损伤竟能逆转?波士顿团队首创双载体基因


图 | 电子显微镜下的感觉外毛细胞(来源:波士顿儿童医院)

而毛细胞若想和盖膜相接触,还需要立体纤毛蛋白的帮助,它会让毛细胞微绒毛以有组织的束形式聚拢起来,从而使它们的尖端可以接触盖膜。

“但如果立体纤毛素发生突变,你就没有这种接触,所以毛细胞不会受到适当的刺激。不过但重要的是,毛细胞仍然保持功能,因此它们可以接受基因治疗。”霍尔特说。

为了提供健康的立体纤毛素基因,该团队使用了一种有效靶向毛细胞的合成腺相关病毒 (AAV)。

然而,一个新的挑战摆在了该团队的面前。由于立体纤毛素基因的长度约为 6200 个 DNA 碱基对,但 AAV 的容量仅为 4700 个碱基对,这导致立体霉素的基因太大而无法放入基因治疗载体。

为了解决这一重大未满足的需求,研究团队设计了一种双载体蛋白质重组策略来替代野生型的 STRC 基因在小鼠的外毛细胞中。

首先,该团队将小鼠的 STRC 基因一分为二,并分别放入到两个独立的 AAV 中,再通过蛋白质重组技术将它们连接起来,但这种方法被发现是无效的。

听力损伤竟能逆转?波士顿团队首创双载体基因


(来源:Pixabay)

“然后我们意识到蛋白质的开头有一小段氨基酸,就像一个‘地址’,将蛋白质引导到细胞中的适当位置。”

于是,该团队将这个氨基酸信号添加到被分成两半的蛋白质上,再将其成功地结合在一起。最终,研究人员发现小鼠的立体纤毛蛋白和能够接触盖膜的正常毛束得到了有力的恢复。

研究人员使用了两种类型的听力测试:一种类似于婴儿听力测试,另一种是使用头皮上的电极来测量听觉脑干对一系列声音频率和强度的反应。

在测试中,他们发现老鼠对微妙的声音更加敏感,并且耳蜗放大的功能在一定程度上得到了加强,而在一些 DFNB16 遗传性耳疾小鼠中,其听力恢复到正常水平。

对此研究结果,霍尔特表示,“结果非常显著,这是第一个使用双载体基因疗法靶向感觉外毛细胞来恢复听力的例子。我们认为这将为治疗提供一个广阔的机会窗口——从婴儿到听力损失的成年人。”




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