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。
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。