麻省总医院的研究人员发现,尿液中的细胞外RNA(exRNA)可能是两种最常见的肌营养不良症的生物标志物,这些分子可无创地为患者和医生提供药物治疗信息。结果发表在《Nature Communications》,首次表明,尿液中的exRNA可用于监测非直接影响泌尿系统的疾病。
“方便、无痛和相对低成本的检验可以促进药物开发,绕过侵入多处肌肉组织的生物活检,”文章通讯作者神经内科教授Thurman Wheeler说。“尿液exRNA监测预测超前于目前临床表现出来的肌肉功能,告知医患所需的药物剂量,并尽可能地提早确定是否需要调整剂量,这对于现有的侵入性肌肉活检来说是不可能的。”
有几种类型的肌营养不良,表型都是进行性肌肉无力和肌肉量减少。杜氏肌营养不良(DMD)是最常见的,症状通常始于5岁以下。强直性肌营养不良(DM)是成年人最常见的发病形式,有DM1和DM2两种表型,每种由不同基因突变引起。在DMD中,突变影响抗肌萎缩蛋白(dystrophin)基因,DM1相关突变是DMPK,DM2则是CNBP基因,后两种都涉及多核苷酸重复,导致RNA分子异常加工。
DM1突变影响RNA剪接(从RNA分子中去除非编码片段)。一个基因通常可以产生几种不同蛋白,其差异来自不同的RNA剪接模式。DM1突变干扰几种蛋白质的RNA剪接,肌肉活检RNA剪接变异版本分析已被用于诊断患者疾病严重程度,在动物模型中也用来指示潜在治疗是否可及它们的分子靶标。最近针对DM1药物的临床试验仅限于成人患者,部分原因是出于需要反复进行肌肉活检的关系。
血液和尿液等体液中的微囊泡携带和运输exRNA,内容物包含信使、非编码和微RNA,并可以反应突变、缺失等分子变异。科学家们已经在患者血液中发现了一些肌营养不良相关RNA和蛋白质生物标志物。从受DM1影响的骨骼肌和心肌组织中提取exRNA似乎不太可能,但是流经这些组织的exRNA通过肾过滤系统进入尿液以后,是如此容易接近。
因此,Wheeler团队试图对来自血液和尿液的微囊泡进行分析以筛查关联DM1突变的exRNA。
在这项研究中,他们总共确定了10种不同的转录本在DM1患者体内交替剪接,其中大多数与患者肌肉中的一样。根据这10种转录本的复合生物标志物,可以100%准确地区分DM1患者和其他未受影响的对照组。他们采集了DM1患者几个月内的尿液样本,结果重复性很高,可以准确地反应疾病状态和治疗反应。
随着液体活检RNA剪接分析方法进步,研究人员发现,与尿液和血液中的exRNA相比,尿液细胞中的总RNA剪接模式并不适合做为生物标志物,它们无法区分DM1患者和对照组。同时,一些尿液exRNA转录本的剪接模式可以反映DM1症状的严重性,特别是一些无临床症状的DM1突变携带者,他们尿液中的exRNA剪接模式介于有症状的患者和不受该疾病影响的对照志愿者。
目前,用于治疗DMD的一组药物正在进行评估,6名未经治疗的DMD患者的尿液exRNA可以准确地反应每位患者的特定基因突变,两名接受了eteplirsen(一种FDA批准的诱导跳过靶外显子的DMD药物)治疗时,尿液中的exRNA指标显示,药物正在抵达其分子靶点,该证据不曾通过肌肉活检验证。
“尿液exRNA是鉴定RNA剪接变异版本的一种有价值的新方法,它有助于将基因变异与几种疾病症状关联,并且是以无创式的方法,”哈佛医学院神经学助理教授Wheeler说。“这些发现支持了尿液、血液或脑脊液内的exRNA作为生物标志替代物的研究。”
参考文献:
Analysis of extracellular mRNA in human urine reveals splice variant biomarkers of muscular dystrophies
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