费城-宾夕法尼亚大学开发的一种基因疗法可以成功并安全地停止与大小动物模型中罕见的遗传性疾病相关的严重肌肉退化，该疾病可用于治疗杜兴氏肌营养不良症(DMD)来自Penn Medicine研究人员的同类研究。这项发现今天在《自然医学》网上在线发表，使该领域更接近使用“替代”蛋白而不触发已知阻碍其他治疗方法的免疫反应的安全有效的基因疗法。
DMD主要在男孩中发现，是由性相关基因的突变引起的，该突变停止了肌营养蛋白(肌营养不良蛋白)的产生。没有它，肌肉从很小的时候就开始逐渐恶化和削弱，然后从那里开始恶化。尽管呼吸器已经帮助一些患者延长了寿命，但大多数患者都无法在12岁时行走，并在30岁时死于心或呼吸衰竭。
宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的多学科团队采用改良的基因治疗方法，设计了腺相关病毒(AAV)载体，以在小动物和大动物DMD模型中为肌营养不良蛋白提供“替代”蛋白，以保持肌肉完整。合成的替代品基于一种天然存在的称为蛋白营养素的蛋白质，被证明是一种有效且安全的替代品，因为它可以保护具有天然DMD样突变的小鼠和狗的肌肉，其中包括一个大的缺失，该缺失与被发现的大的肌营养不良蛋白的缺失非常相似在人类中。
“我们首次展示了肌营养不良蛋白相关蛋白的精心构建版本如何能够在大多数信息丰富的动物模型中安全地防止肌肉分解并随着时间的推移保持其功能。这一发现对于基因治疗和我们如何努力安全有效地治疗肌营养不良症，”外科副教授Hansell H. Stedman医师说。“有了这些结果，我们有充分的理由将其推进到人类临床试验中。”
由于免疫系统对其认为是外来的添加物的不良反应，因此正在研究通过基因疗法和其他技术恢复肌营养不良蛋白的水平。DMD患者几乎没有这种蛋白质，因此他们的身体可以攻击意图良好的直接替代蛋白质，因为它们被视为异物。但是，由于肌营养不良蛋白的远房表亲卵磷脂在人体的其他部位表达，因此人们认为免疫系统不会将其视为威胁。
宾夕法尼亚大学的研究小组在严格，随机的小鼠和狗研究中证明了这一点。与未治疗的小鼠相比，用AAV载体对新生小鼠进行单剂量的合成卵白蛋白治疗显示该蛋白在体内的分布，没有毒性迹象，并完全抑制了DMD的所有迹象。在整个这段时间中，小鼠还在骨骼肌和心肌中持续维持卵白蛋白的表达，并且对小鼠进行的体格检查支持了持续的肌肉功能。
该研究小组在一项随机研究中通过对4至7天大的狗服用Utrophin进一步进行了研究。与之前报道的体重减轻和全身炎症相比，研究人员在接受剂量六周后观察到了促性腺激素的强健表达和体重增加了四倍，这表明接受人肌营养不良蛋白的狗具有诱导的“自身”免疫力。Penn组还观察到治疗犬的肌肉损伤水平明显降低。
在一项最重要的犬科研究中，研究人员比较了用促卵磷脂治疗的肢体和用肌营养不良蛋白治疗的肢体，并在四周后观察到了明显的差异。肌肉活检显示出持续表达的卵磷脂和抑制正在进行的肌肉损伤，但在另一肢的垂死细胞中仅有少量的肌营养不良蛋白。四肢之间的免疫反应也大不相同。
斯特德曼说：“在显微镜下，手榴弹看起来像是营养不良的四肢。”“实验表明，对肌营养不良蛋白的免疫应答比对肌营养不良蛋白的免疫应答强100至1000倍。”
治疗的狗还几乎完全防止了肌肉的退化和颌骨闭合(咬合)肌肉的再生。这些肌肉凭借其极强的力量，在未经治疗的营养不良犬中最先退化。
这是第一个显示动物卵磷脂的有效性及其非免疫原性应答的大型动物研究。研究人员说，总的来说，这些发现可能使该领域重新聚焦于使用功能优化的，安全的基于卵磷脂的基因治疗方法，作为可能治愈杜氏肌营养不良症的途径。
为了创建Penn的合成版本，一组研究人员首先转向进化生物学，以更好地了解肌营养不良蛋白的起源及其组装方式，回顾并重建了地球历史上最早的遗传事件。正在进行的研究将揭示有关蛋白质组成，杆结构强度及其缺失等更多重要信息的更多信息，以为未来的发展提供信息。
斯特德曼说：“我们从这种方法中获得了很多见识。”“我们希望在临床开发过程中要做的一件事就是利用这种见识来开发出更好的疗法，这是'纳米营养素'的最强版本。”
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