亨廷顿病（Huntington's disease，HD），又称亨廷顿舞蹈症，为四大神经退行性疾病之一，是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病。全球范围亨廷顿病的发病率约为每 10 万人有 2.7 例，欧美国家的发病率相对较高，每 10 万人发病人数达 5.7 例。统计数据显示，全球范围已有超 20 万人患有亨廷顿病，在美国患者数量已经超过 3 万人。
尽管亨廷顿病的病因明确并且其遗传机制早在二十多年前就已被发现，但目前还没有获批的疗法能够减缓病情发展或治愈该疾病。
近日，加利福尼亚大学圣地亚哥医学院的研究小组开发出靶向 RNA 的 CRISPR-Cas13d 基因编辑技术，并被用于消除编码导致亨廷顿病有毒蛋白质的 RNA 转录本，他们还在小鼠模型中证明其能够有效减轻亨廷顿病的症状。
目前，这项研究已经以“An RNA-targeting CRISPR–Cas13d system alleviates disease-related phenotypes in Huntington’s disease models”（靶向 RNA 的 CRISPR–Cas13d 系统可减轻亨廷顿病模型中与疾病相关的表型）为题发表在 Nature Neuroscience 上。
（来源：Nature Neuroscience）
“人体的细胞很难复制重复的 DNA，这些复制错误会导致重复序列随着每一代的增长而变长，而具体到亨廷顿病患者的基因中，这些重复序列有时会长到正常长度的数倍，由此产生重复扩增的蛋白质会聚集在大脑中并形成有毒团块，引起神经元坏死并导致亨廷顿病。”该论文的通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学系教授 Gene Yeo 博士表示。
▲图｜加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学系教授 Gene Yeo 博士（来源：UC San Diego）
Gene Yeo 拥有伊利诺伊大学香槟分校获得化学工程学士和经济学学士学位、加州大学圣地亚哥分校拉迪管理学院工商管理硕士学位，以及麻省理工学院计算神经科学博士学位。目前，他是加州大学圣地亚哥分校细胞与分子医学系教授以及 UCSD 干细胞计划和摩尔斯癌症中心研究员。Gene Yeo 实验室现阶段的研究方向主要围绕 RNA 以及 RNA 结合蛋白（RBP），专注于揭示 RBP 影响基因表达的分子原理，RBP 介导的转录后基因网络如何促进干细胞和大脑的细胞稳态，以及 RBP 突变如何导致人类发育和神经退行性疾病。
截至目前，Gene Yeo 已经在 Cell、Neuron、Nature Methods、Nature Biomedical Engineering 等期刊发表论文 200 余篇，他曾获得新加坡国家研究基金会访问研究员奖、国际 RNA 学会职业奖等。值得一提的是，Gene Yeo 还是 Locana、Enzerna、Eclipse Bioinnovations 等生物技术公司的联合创始人。
亨廷顿病最早是由美国医学家乔治·亨廷顿于 1872 年发现，该病因此而得名。先前的研究发现，亨廷顿病的致病原因是由于位于 4 号染色体短臂的亨廷顿蛋白（HTT）基因上的 CAG 序列的重复扩增所引起，CAG 三核苷酸异常扩增突变产生了变异蛋白质，该蛋白质在细胞内逐渐聚集在一起形成大的分子团并在脑中积聚，影响神经元功能甚至导致神经元死亡，最终出现亨廷顿病症状。
亨廷顿病患者通常在中年发病，病情呈缓慢进行性加重，平均生存期 10～20 年，临床主要表现为舞蹈样不自主动作、精神障碍和进行性痴呆，随着病情恶化会逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽能力，最终导致患者死亡。由于异常亨廷顿蛋白的基因是以显性的模式遗传，这也就意味着只要父母其中一方患有亨廷顿病，子女就有 50% 的机率遗传该病。除此之外，亨廷顿病一般在 40 岁后才会出现明显症状，所以当患者发病时很可能已将亨廷顿病的基因传给了下一代。
亨廷顿蛋白
亨廷顿蛋白（HTT），是一种与亨廷顿病密切相关并在神经系统中高水平表达的蛋白质，约由 3000 个氨基酸残基组成，其在网格蛋白介导的细胞胞吞、神经转运过程以及突触后信号转导中起重要作用，亨廷顿蛋白基因在出现突变时产生突变亨廷顿蛋白（mHTT）进而导致亨廷顿病。
由于发生突变的亨廷顿蛋白基因包含大量异常的特定 DNA 片段（即 CAG 片段）的重复序列，因此产生的突变 RNA 最终被翻译成突变亨廷顿蛋白（mHTT）。在这项新研究中，Gene Yeo 与加州大学欧文分校和约翰·霍普金斯大学的研究人员组成联合团队聚焦于突变 RNA，并分析了靶向 RNA 的 CRISPR 基因编辑系统是否可以用于靶向与亨廷顿病相关的突变 RNA。
▲图｜靶向 RNA 的 CRISPR-Cas13d 基因编辑系统的开发过程（来源：Nature Neuroscience）
Gene Yeo 和团队通过蛋白质工程对 Cas13d 进行改造并开发了一种突变等位基因敏感的、靶向 CAGEX RNA 的 CRISPR-Cas13d 基因编辑系统（Cas13d-CAGEX），该基因编辑系统能够消除来自亨廷顿病患者的成纤维细胞和诱导多能干细胞衍生神经元中的 CAGEX RNA。
与此同时，他们还测试了通过腺相关病毒载体（AAV）向纹状体内递送 Cas13d-CAGEX 是否会选择性地降低亨廷顿病小鼠模型中的突变亨廷顿蛋白 mRNA 水平以及蛋白质水平。
纹状体
纹状体是大脑基底神经节之一，其核心功能是维持肌肉的正常张力，以及在肌肉运动时保持肌群的协调和相对稳定，协调各种精细复杂的运动。
通过动物试验发现，Cas13d-CAGEX 向纹状体的递送改善了小鼠的运动协调性，减轻了纹状体萎缩并减少了突变亨廷顿蛋白聚集体。这种方法不仅能够精准靶向和破坏突变 RNA 分子并且清除了有毒的蛋白质的大量积累，而其他人类基因的表达通常不会受到该方法的影响。
▲图｜Cas13d-CAGEX 对亨廷顿病小鼠模型的治疗效果（来源：Nature Neuroscience）
“这些表型改善持续了至少长达 8 个月的时间，没有产生任何不良影响，并且脱靶转录组效应也非常小。总而言之，我们证明了靶向 RNA 的 CRISPR–Cas13d 基因编辑系统可以作为治疗亨廷顿病的一种新型疗法。此外，还有非常重要的一点，这种疗法对于治疗其他显性遗传疾病也具有参考意义。”Gene Yeo 说道。
Gene Yeo 表示，他们开展这项研究的目标是设计一种治疗方法只针对导致亨廷顿病的突变 RNA 并能够保证人类基因组和转录组的其余部分不受影响。以 CRISPR-Cas13d 为例，这是一类由 RNA 介导的靶向 RNA 的基因编辑技术。前期研究发现，CRISPR-Cas13d 系统已经被证明可以在哺乳动物细胞中对靶 RNA 进行高效且特异性地敲低。
相较于 Cas9 介导的 DNA 编辑技术，基于 Cas13d 的 RNA 编辑工具靶向动态转录的 RNA，不会对基因组造成永久性改变，而且可以通过剂量调整等方式控制 RNA 编辑效果，具有可逆性，相对较为安全。“使用靶向 RNA 的 CRISPR 酶可能比使用靶向 DNA 的 CRISPR 酶更为安全。”Gene Yeo 指出，“若是靶向 RNA 的 CRISPR 酶引起了一些副作用可以随时停止给药，并且其产生的副作用是完全可逆的，然而靶向 DNA 的 CRISPR 酶则可能会导致患者基因组出现不可逆的非特异性和非预期的修饰。”他补充说。
总的来说，这项新研究通过开发出靶向 RNA 的 CRISPR-Cas13d 基因编辑疗法并在亨廷顿病小鼠模型中验证了有效性和安全性，为接下来治疗亨廷顿病新型基因编辑疗法的开发提供了新的思路和理论基础。
亨廷顿病与阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、肌萎缩性侧索硬化症（ALS）并称为四大神经退行性疾病，其发病机制较为明确，然而开发有效的亨廷顿病治疗方法仍然具有很大挑战性，虽然目前有些药物可以减轻一些症状但无法改变疾病的发展进程。
此前，反义寡核苷酸（ASO）药物曾被视为治疗亨廷顿病的新治疗手段，然而随着去年 3 月，罗氏、Wave Life Sciences 等公司相继停止了 ASO 药物的临床试验，ASO 治疗亨廷顿病的研究暂时被搁置，当然，这倒不能否认 ASO 药物治疗亨廷顿病的可能。
相较之下，基因疗法可以将外源正常基因导入靶细胞从而纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，特别是针对神经退行性疾病。根据投资银行 Cowen 的统计，截至 2021 年 1 月已披露的临床前或临床阶段基因治疗项目中大约有三分之一是针对神经系统疾病，其中，亨廷顿病是基因疗法的热门方向之一。
作为常染色体单基因显性遗传病，亨廷顿病是由亨廷顿基因序列突变导致，发病机制相对清晰。从理论上讲，阻断致病蛋白活性、阻止致病蛋白生成或者降解致病蛋白是缓解亨廷顿病症状的方法，其中通过基因疗法降低突变蛋白表达被业界寄予厚望。
然而事实却不尽如人意。今年 6 月，荷兰基因治疗上市公司 uniQure 公司宣布其在研基因疗法 AMT-130 在治疗亨廷顿病的 1/2 期临床试验低剂量组结果积极，在接受治疗 12 个月后患者脑脊液中的突变亨廷顿蛋白（mHTT）的水平降低了 53.8%。仅仅时隔两个月，该公司在报告中披露，在针对亨廷顿病的 1/2 期临床试验中，接受高剂量治疗的 14 例患者中有 3 名患者出现了严重的副作用，随后该公司决定暂停高剂量组给药。
据 uniQure 声称，由于低剂量组没有报告与 AMT-130 相关的严重不良事件，高剂量组并不会影响到正在进行的 1/2 期低剂量组试验，也不影响其数据的读取。该公司预计相关数据将在 2023 年再次公布。
据悉，AMT-130 治疗亨廷顿病的 1/2 期临床研究是一项在美国进行的双盲、随机和对照临床试验，该公司表示这也是第一个进入临床试验的亨廷顿病一次性基因疗法。
（来源：公司官网）
据了解，AMT-130 是 uniQure 公司开发的一款候选基因疗法，通过 AAV5 载体包裹人工合成 micro-RNA 进入体内。AMT-130 可以直接注射到大脑的纹状体区域，最后扩散到大脑的其他部位，旨在降低亨廷顿蛋白的产生突变亨廷顿蛋白（mHTT）来减缓亨廷顿病的病情发展。此前该基因治疗已被 FDA 和 EMA 相继授予授予孤儿药资格认定，并且也是首个获得孤儿药资格认定用于治疗亨廷顿病的 AAV 基因疗法。
无独有偶，今年 8 月，拜耳的全资子公司 Asklepios 宣布在法国已获准进行 BV-101 针对亨廷顿病基因疗法的 1/2 期临床试验。据悉，BV-101 是一种新型腺相关病毒载体的基因疗法，可同时解决患病神经元的代谢功能障碍并有助于清除突变亨廷顿蛋白。
就现阶段而言，基因疗法是治疗亨廷顿病的主要手段。在目前进展比较快的两种基因疗法中，uniQure 公司的技术路线是通过选择沉默亨廷顿蛋白（HTT）基因来达到治疗效果，而 Asklepios 公司则是递送 CYP46A1 基因来进行治疗，这两种基因疗法现在都还处于临床早期阶段，其最终疗效如何还有待进一步验证。
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