荧光肌营养不良小鼠激活潜在的反义寡核苷酸药物

马萨诸塞州总医院(MGH)的研究人员开发了一种荧光小鼠模型，用于研究最常见的肌肉萎缩症——肌强直萎缩1型(DM1)，该模型可以帮助科学家找到这种遗传性疾病的新疗法。该小组最初使用基因工程老鼠进行的研究已经表明，经过修饰的反义寡核苷酸(ASO)能够靶向并纠正DM1导致的异常RNA剪接。在转基因老鼠中，骨骼肌蛋白根据其是否被成功治疗而发出不同颜色的荧光。

该研究的负责人瑟曼·惠勒(Thurman Wheeler)医学博士说:“这种新型荧光模型只需用摄像机拍摄活老鼠的照片，就可以监测治疗药物的活性。她是哈佛医学院神经学助理教授。研究人员在《自然通讯》杂志上发表了一篇题为《非侵入性监测选择性剪接结果以确定1型肌强直营养不良的候选疗法》的论文。

肌营养不良是一组导致渐进性肌肉无力和消瘦的遗传疾病，作者解释说。肌强直营养不良(肌强直营养不良;糖尿病)是成年人中最常见的疾病，7500人中有1人患有糖尿病。这种疾病是由DM蛋白激酶(DMPK)基因中的CTG重复扩增(CTGexp)引起的，但是目前还没有能够改变疾病进程的治疗方法。DM1有两个亚型，其中DM1影响RNA剪接。dm1相关突变影响骨骼肌中多种蛋白的剪接，以及参与胰岛素代谢和心脏功能的蛋白的剪接。突变的DMPK-CUGexp mRNA在肌肉中的表达导致肌强直(肌肉纤维收缩延迟松弛)、组织病理学肌病和渐进性肌肉萎缩，”研究人员说。

肌肉萎缩症急需新的治疗方法和更好的实验工具来帮助找到新的治疗方法，但缺乏合适的动物模型来评估新药候选是一个关键障碍。“目前的药物活性测量方法涉及肌肉组织的生物化学分析，这是昂贵的，耗时的，可能需要大量的动物来达到必要的统计能力，”该小组评论说。

惠勒博士的团队现在已经利用现有的荧光蛋白质系统进行细胞研究，将其应用于活体动物身上，使骨骼肌组织蛋白质发光。在此双转基因小鼠模型中，DM1骨骼肌组织纤维受异常RNA剪接的影响呈绿色，而剪接正常的骨骼肌组织纤维呈红色。“跨越肌强直性营养不良1型的小鼠模型建立一个表示一个红色或绿色荧光蛋白在肌肉,取决于目标RNA序列的拼接,我们开发了一个模型中肌肉出现主要绿色治疗之前和过渡到主要是红色成功治疗后,“惠勒博士指出。

动物肌肉中红色和绿色荧光的比例在经过候选治疗后，表明药物在纠正异常剪接方面是多么有效。该团队还开发了一种基于激光激励的荧光光谱系统来可视化荧光信号。

该团队首先使用一种现有的反义寡核苷酸(ASO)来测试他们的模型，这种寡核苷酸的目标是异常的剪接事件。ASOs是一种修饰过的与RNA结合的核酸分子。作者解释说:“在DM1转基因小鼠中，靶向rna介导的疾病过程的ASOs可以逆转rna错接，消除肌强直，减缓肌病进展……”在将ASO注入肌肉后，红绿比在三天内开始增加，并持续数周。49天后的肌肉组织分析证实，这种治疗已经纠正了异常RNA剪接。第二组试验使用一种不同的ASO皮下注射来纠正原始DM1小鼠模型中的RNA剪接，也产生了治疗效果，在四次注射的第一次后的14天内红绿比增加，并在随后的剂量中继续上升。

作者指出，ASOs不适合治疗DM1。尽管它们对骨骼肌有效，但“药物活性不如肝脏等其他组织那样强健，这可能是由于组织生物利用度较差和效力不足的综合作用。”另一种方法是使用配体偶联反义(LICA)技术，将偶联物添加到ASOs中以增加药物吸收。研究小组在小鼠模型中测试了一种lica修饰的ASO，看看它在骨骼肌中是否有效，以及使用未结合ASO过度治疗是否有任何好处。

利卡阿索开始显示治疗活性的速度是未结合的阿索的两倍，并且在一半剂量下是有效的，“这表明它的效力至少是未结合的阿索的两倍，”研究人员说。他们总结说:“我们的数据支持进一步发展用于DM1治疗的LICA技术，以及针对骨骼肌的ASO应用的其他技术。”“这个模型将用于快速识别的候选疗法减少致病性DM1 CUGexp成绩单,包括新的麻生太郎化学反应和配合,小分子,短干扰rna(siRNAs),基因治疗载体的反义rna,蛋白质疗法救援异常剪接和基因编辑方法减少基因组CTG重复长度或抑制转录CUGexp重复。”

“我们的结果支持进一步发展用于DM1治疗的LICA技术。除了新的ASOs，其他治疗策略，如小分子候选药物、siRNAs和基于蛋白质的治疗也可以使用该模型进行测试，”Wheeler博士说。“长期来看，随着基因编辑治疗方法的出现，这将是测试它们的理想方法。”更快地发现有希望的治疗方法，并尽早拒绝失败的候选方案，将有助于患者更快地获得有效的治疗，并以更低的开发成本。