脂蛋白是复杂的颗粒,通过血液系统将脂肪分子输送到身体的所有组织,为细胞提供能量。作为其中的一种脂蛋白,低密度脂蛋白(LDL)的每个颗粒可以运送数千个脂肪分子,如胆固醇。低密度脂蛋白携带的胆固醇(LDL-C)被称为“坏的胆固醇”。临床上,血液中的LDL水平高与心血管疾病的风险增加有关。由于LDL还可以将胆固醇带入较小的血管,从而供应给更远的组织,如果它运输更多的胆固醇等脂肪分子,那么这些脂肪分子可以越来越多地堵塞动脉管腔,积存在动脉壁上,使血管变厚、长出斑块,久了容易引起动脉硬化,使冠心病、脑卒中的发生风险增加。
在这项新的研究中,这些作者证实一种精确的基因编辑方法---腺嘌呤碱基编辑器(ABE)---能够大幅度地和持续地降低较高的LDL-C水平。他们利用ABE在一个编码PCSK9的基因中引入了一个单点突变。这种蛋白参与了LDL-C从血液到细胞的摄取。他们在小鼠和猕猴身上诱导的基因突变成功地阻断了PCSK9,这导致血液中的LDL-C浓度显著降低。这为患有家族性高胆固醇血症(一种遗传性的高胆固醇水平)的患者提供了一种潜在的疗法。
这些作者使用的基因编辑技术称为碱基编辑器。碱基编辑器可将DNA分子中的单个碱基转变为另一个碱基。比如,腺嘌呤碱基编辑器(ABE)将腺嘌呤(A)转换成鸟嘌呤(G)。碱基编辑器比以前的作为分子剪刀起作用的CRISPR-Cas核酸酶更精确地完成这一工作。为了控制这种碱基编辑工具递送到动物的肝脏中,他们采用了用于COVID-19 mRNA疫苗的RNA技术。然而,他们没有将编码SARS-CoV2刺突蛋白的RNA封装到脂质纳米颗粒中,而是将编码ABE的RNA封装到脂质纳米颗粒中。
这些作者将RNA-脂质纳米颗粒静脉注射到小鼠和猕猴体内,导致细胞对碱基编辑器工具的肝脏特异性摄取和短暂性产生。在小鼠中多达三分之二的PCSK9基因被编辑,而在非人类灵长类动物猕猴中多达三分之一的PCSK9基因被编辑,导致LDL-C水平大幅下降。此外,他们仔细评估了是否在不希望的位置发生了非特异性编辑,但没有发现这种脱靶事件的迹象。
综上所述,这项研究表明,在非人类灵长类动物的肝脏中高效、准确地诱导单核苷酸变化是可行的。所有致病的遗传性突变中约有30%是单碱基突变,原则上可以用碱基编辑来校正。因此,这种新方法可用于治疗大量患有遗传性代谢性肝病的患者,如高胆固醇血症、苯丙酮尿症或尿素循环紊乱。与传统药物相比,基因组编辑的优点是诱导的变化是可持续的。因此,如果一种突变在足够数量的细胞中被修复,患者将被永久治愈。