延长小鼠寿命,基因编辑技术带来治愈早衰的希望

作者: 学术君

来源: Nature

发布日期: 2021-01-13

美国麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所David Liu博士研究团队利用CRISPR基因编辑技术,首次在小鼠体内实现了衰老逆转,成功恢复了小鼠心脏、主动脉以及其他各个衰老器官的功能,将小鼠的寿命延长了一倍多。该研究为早衰儿童的新疗法提供了令人兴奋的新的可能治愈的方案,展示了CRISPR在早衰征中强大的应用前景。

衰老,是人一生中必须要经历的过程。千百年来,人们对于逆转衰老的探索却从未停止,虽然近年来医学的发展使人类寿命在不断延长,但衰老却始终不可逆转。近日,美国麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所David Liu博士研究团队的一项最新研究显示,他们利用CRISPR基因编辑技术,首次在小鼠体内实现了衰老逆转。

具体来说,研究人员发现,在早衰小鼠模型中,通过基因编辑技术替换细胞内突变的碱基后,衰老和退化的细胞被替换,成功恢复了小鼠心脏、主动脉以及其他各个衰老器官的功能,将小鼠的寿命延长了一倍多,从7个月增加到了近1.5年。

该研究以“In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice”为题发表在1月6日的Nature杂志上。对于这一研究结果,论文作者之一Leslie Gordon博士表示,“这一研究将为早衰儿童的新疗法提供令人兴奋的新的可能治愈的方案。

”早衰症又名哈金森-吉尔福德早衰综合征(简称HGPS),是一种导致儿童加速衰老的罕见的、致命性遗传病,发病率约400~800万分之一。这种极为罕见的疾病能使人迅速老化,最终会死于老年人才会得的老年病。早衰症的早期症状包括发育迟缓、局部性硬皮病症状。当患者过了幼年期之后,其他的症状会变得更明显。例如发育受限、头发稀少以及狭小的脸部、口部与鼻子,都是早衰症患者的独特症状。

早衰症患者通常具有小而虚弱的身体,就像老人一样。接下来的症状将发展成为起皱纹的皮肤、动脉硬化、心血管疾病等。这也是早衰患者最痛苦的事情,在最美好的年纪就要遭受身体器官的衰竭。治愈早衰的希望:CRISPR和很多致命遗传病一样,早衰也由基因突变而引起。具体来说,是编码核纤层蛋白A的基因LMNA中,特定位置的一个碱基C(胞嘧啶)变成了T(胸腺嘧啶)。

两条LMNA基因中有一条出现这种小小的变化,后果就非常严重。突变基因产生的毒性蛋白在细胞核内积累,引起DNA损伤。最终,患HGPS的孩子从1、2岁就开始快速衰老,大部分患者的寿命不超过15岁。显然,要想治愈早衰,就必须要纠正遗传缺陷,将LMNA上特定位置的碱基修正。2019年,曾有团队使用CRISPR技术在早衰小鼠中进行治疗的尝试,但效果有限,仅将其寿命延长了25%。

而在此次研究中,David Liu博士带领的研究团队通过早前利用早衰患者组织开发的“LMNA”基因编辑系统,可以更加有效地修复早衰的遗传缺陷,降低脱靶效应。在早衰小鼠模型中,研究人员发现,这种以腺病毒为载体的基因编辑工具,通过眼窝或腹腔注射后,可以修复小鼠体内90%细胞的LMNA基因缺陷,尤其是在肝脏、心脏等重要器官中,几乎所有的衰老细胞都被替换成了正常的细胞。

不仅如此,研究人员在随后的随访中还发现,即使在治疗6个月后,小鼠中的众多细胞依旧保持着正常的遗传信息。最让人感到欣喜的是,经过治疗的小鼠,寿命从7个月延长到了18个月,而正常小鼠的寿命也就只有2年。这也意味着,只需要一次注射就可以几乎达到治愈的效果。对此,本文作者之一Jonathan Brown教授表示,“我们非常高兴地看到,实验室里的研究有望发挥出治疗效果。

我们的最终目的是想要开发出治疗人类早衰症的方法,当然我们还需要在动物模型中回答几个关键问题。”总的来说,这一研究初步展示了CRISPR在早衰征中强大的应用前景,使人类对于衰老的理解更上一层。不过,要想用CRISPR基因编辑治疗人类疾病,还需要确保这种干预措施的安全性。

在此基础上,假如这种方法在关键组织中成功修复了早衰引起的改变,意味着这种方法有望帮助那些具有相关突变基因的人延续健康、延长寿命,并改善生活质量。

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