帕金森病(Parkinson’s disease, PD)主要影響65歲以上的老年人,發(fā)病率達2-3%。PD因較高的發(fā)病率、早期診斷的困難以及治療效果不佳等問題嚴重影響國民健康,給患者家庭與社會保障帶來沉重負擔(dān)。目前,PD的病因與發(fā)病機制仍不明確,但是表型清楚。PD的核心癥狀為運動遲緩,伴隨靜止性震顫、肌強直與姿勢異常等臨床表現(xiàn);其典型病理特征包括中腦黑質(zhì)致密區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的大量丟失與相關(guān)腦區(qū)出現(xiàn)磷酸化α-synuclein聚集形成的路易小體。?
因醫(yī)學(xué)倫理學(xué)的限制與實驗風(fēng)險,操作PD病因并觀察疾病進程的研究不可能在PD患者上開展。目前可行的最佳方案是借助與人類行為表現(xiàn)與神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都高度相似的非人靈長類動物來開展研究。為了對PD的病因、早期診斷與干預(yù)等重要問題進行深入探索,我們亟需能從發(fā)病原因和疾病發(fā)展過程的角度模擬PD發(fā)生的病因性生物醫(yī)學(xué)模型,而模擬人類PD基因突變的基因編輯PD動物模型是其中一種。值得注意的是,神經(jīng)毒素誘導(dǎo)的經(jīng)典獼猴模型只能模擬PD的結(jié)果,不能從發(fā)病原因的角度模擬PD的發(fā)生與發(fā)展過程,不是病因性模型。所以,建立模擬人類PD病因與病程發(fā)展的非人靈長類動物基因編輯的PD模型,將對PD基礎(chǔ)研究,臨床早期診斷與治療的發(fā)展提供全新的思路。?
中國科學(xué)院昆明動物研究所胡新天課題組與中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心仇子龍課題組通過長期合作,將腺相關(guān)病毒(Adeno-associated virus, AAV)作為載體工具,結(jié)合已知的PD風(fēng)險基因及其可能的致病機理,利用AAV介導(dǎo)的CRISPR/Cas9技術(shù)在成年獼猴黑質(zhì)區(qū)域直接編輯PINK1與DJ-1基因,建成首例成年獼猴基因編輯PD模型(圖1)。結(jié)果表明黑質(zhì)原位基因編輯的成年獼猴出現(xiàn)了PD核心臨床運動癥狀,包括運動遲緩,震顫與姿勢異常等,并且老年猴的癥狀更嚴重、發(fā)病進程更急促,說明基因風(fēng)險與年齡因素可能共同參與了PD的發(fā)病過程。此外,病理染色的結(jié)果表明基因編輯引發(fā)的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元丟失超過60%,并且出現(xiàn)了磷酸化alpha-synuclein的聚集,很可能是Lewy小體的早期形態(tài)。換句話說,該獼猴模型出現(xiàn)了典型PD病理改變。結(jié)合上面提到的經(jīng)典臨床癥狀,我們成功建立了首例具備PD核心表型的基因編輯獼猴模型。這一新型病因性獼猴模型將為PD的病因探索、早期標(biāo)記物發(fā)掘以及有效干預(yù)與治療策略的開發(fā)等領(lǐng)域提供了不可替代的研究平臺。?
該研究以“Co-editing PINK1 and DJ-1 Genes Via Adeno-Associated Virus-Delivered CRISPR/Cas9 System in Adult Monkey Brain Elicits Classical Parkinsonian Phenotype”為題,近期發(fā)表于Neuroscience Bulletin,文章鏈接https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-021-00732-6。李浩、吳詩昊、馬霞與李霄為共同一作,尹勇教授、仇子龍研究員與胡新天研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金重點研發(fā)計劃、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目、云南省科技廳基礎(chǔ)研究專項等項目的支持。該項研究工作依托昆明動物研究所承擔(dān)建設(shè)的“模式動物表型與遺傳研究國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施(靈長類)”開展。該設(shè)施將對靈長類動物表型與遺傳型進行系統(tǒng)研究,連續(xù)、快速、精準、標(biāo)準化、規(guī)?;妥詣踊孬@取信息與分析,客觀描述、深入解析生命現(xiàn)象變化中的表型與內(nèi)在的遺傳關(guān)系,對解碼生命,普惠健康具有潛在重要意義。?

AAV9介導(dǎo)的CRISPR/Cas9基因編輯導(dǎo)致成年獼猴出現(xiàn)帕金森病核心表型