▎药明康德内容团队编辑
还记得那对“半路出家”投身朊病毒病研究的学霸夫妻吗？
妻子被确诊患有致命的遗传性朊病毒病后，夫妻二人毅然改行投身科学研究，期望能找到破局之法，
他们的研究成果去年荣登著名学术期刊《科学》
。
仅仅半年后，
他们又与碱基编辑领域的先驱刘如谦（David Liu）教授携手合作，共同开发出一种针对朊病毒病的基因编辑治疗策略。
在动物模型实验中，
该疗法成功将朊病毒病小鼠的寿命延长了50%，展现出巨大的应用潜力，有望成为一种一劳永逸、根治朊病毒病的一次性疗法。
在本文中，药明康德内容团队将带领读者一同回顾这对夫妻的科研历程，并深入了解他们的最新科学进展。
▲Eric Minikel（左）和
Sonia Vallabh（右）
（图片来源：博德研究所）
2009年，正在哈佛法学院攻读法律职业文凭的Sonia Vallabh迎来了人生的幸福时刻，她与正在麻省理工学院攻读城市规划与交通硕士的Eric Minikel走入了婚姻殿堂。但仅仅一年之后，一场重大变故彻底改变了这对新人的人生轨迹。
2010年，Vallabh的母亲开始出现视力模糊的症状，但病情迅速恶化，各种症状接踵而至，她的身体状况急转直下，很快便失去了行走能力，无法与人正常交流，甚至无法进食……在出现症状后的短短10个月，Vallabh的母亲便在恐惧中离世。在这段艰难的时光里，始终无人知晓真正的病因，直到尸检报告无情地揭露了真相。
Vallabh的母亲死于致死性家族性失眠症（fatal familial insomnia，FFI），这是一种遗传性朊病毒病。在我们的大脑中，存在一类名为朊病毒蛋白（prion protein，PrP）的细胞表面蛋白
。在正常情况下，PrP并不会对健康造成不良影响。然而，一旦PrP发生构象改变，便会引发一系列连锁反应。错误折叠的PrP会形成有毒的聚集体，并在大脑内不断扩散传播，最终导致神经元死亡，
这类疾病便是致命且无法治愈的朊病毒病。
我们最为熟知的朊病毒病便是具有传染性的疯牛病，除此之外，还有一些朊病毒病是由基因突变引起的，Vallabh母亲所患的致死性家族性失眠症便是由
PRNP
D178N突变所致。
PRNP
D178N突变属于常染色体显性遗传，
这意味着Vallabh有50%的概率继承这一致命突变。
不幸的是，Vallabh发现自己正是那50%中的一员，她同样携带了这一致病突变。面对似乎已注定的命运——重蹈母亲的覆辙，静候症状的出现与恶化，直至生命的终结，Vallabh与丈夫选择了不屈抗争。他们毅然决定从零开始，踏入生物学领域，寻求自救之道。
2014年，凭借不懈的努力与坚定的决心，两人同时申请到博德研究所（Broad Institute）攻读博士学位。五年后，他们顺利毕业，并在博德研究所组建了自己的实验室。
他们的实验室专注于一个核心目标：致力于在有生之年预防和治疗朊病毒疾病。
令人惊叹的是，这对半路出家的科学家在研究领域迅速崭露头角，取得了显著的进展。
2019年，夫妻二人与合作者在
PNAS
期刊上发表了利用现有工具监测脑脊液中PrP水平的新策略；一年后，他们又在
Nucleic Acids Research
杂志上提出通过反义寡核苷酸（ASO）介导的PrP抑制策略。该策略表明
，即使仅抑制25%的PrP，也可以显著延长感染朊病毒小鼠的生存期并延迟疾病发作。
值得一提的是，
目前基于这一策略所开发的ASO候选药物ION717已进入临床试验阶段。
与此同时，Vallabh和Minikel并未停下探索的脚步。他们与Whitehead生物医学研究所（Whitehead Institute for Biomedical Research）的Jonathan Weissman教授合作开发了一款名为CHARM的表观遗传编辑工具，
能够沉默整个大脑中编码PrP的基因，为致命性朊病毒病以及其他由有害蛋白聚集引起的神经退行性疾病患者提供了潜在的治疗策略
。
这一研究成果登上《科学》杂志。
在短时间内取得了如此显著的成就后，这对夫妻并未满足于现状，而是继续与时间赛跑。近日，他们与刘如谦教授团队合作，在《自然-医学》上发表了最新研究成果。
在这项研究中，合作团队共同开发出了一种创新的基因编辑疗法，用于治疗朊病毒病。在表达人类
PRNP
基因的转基因朊病毒小鼠模型中，
研究人员采用碱基编辑技术永久性地修改了
PRNP
基因位点，从而显著降低了小鼠大脑中PrP的表达水平。
这一方法
不仅使大脑中致病的朊病毒蛋白水平降低达60%，而且成功地将小鼠的寿命延长了约50%，首次证实降低朊病毒蛋白水平可显著延长感染朊病毒蛋白动物的寿命
，为治疗朊病毒病带来了新的希望。
鉴于当前朊病毒病尚无根治之法，该疗法标志着向预防疾病进展或缓解已出现症状的朊病毒病患者病情的治疗策略迈出的重要一步。尤为值得一提的是，
碱基编辑疗法在此展现出巨大的潜力，有望作为一种一次性治疗方法，惠及所有朊病毒病患者，无论其致病基因突变类型如何。
事实上，早在这篇研究发布之前，Vallabh和Minikel就已经开始着手探索如何将基因编辑技术应用于朊病毒病的预防和治疗。
回溯至2013年CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生之初，Vallabh与Minikel就开始思索，是否能利用这一革命性技术来破坏编码朊病毒蛋白的基因。2018年，同样就职于博德研究所的刘如谦教授主动向二人寻求合作，彼时他的实验室刚刚研发出碱基编辑技术。刘教授提议通过诸如在遗传密码中引入“终止”编码信号等策略，有效停止致病蛋白质的合成。为治疗朊病毒病提供新的思路。
而另一个关键发现最终促成了这项合作。Vallabh和Minikel在研究gnomAD等群体数据库时发现，
PRNP
基因中自然发生的突变R37X能降低PrP蛋白的表达水平，并且不会对人体产生有害的副作用。
这一发现给他们带来了希望，即
利用碱基编辑技术引入相同的突变基因，可能会对朊病毒病起到保护作用。
在事后的回忆中，Minikel表示：“我们意识到，这是利用人类遗传学为碱基编辑技术提供关键信息的绝佳契机。”
在这项研究中，研究团队成功证明了
碱基编辑器能够在人体细胞中高效地植入
PRNP
R37X突变，并且几乎不会产生不必要的副产物
。然而，为了实现治疗效果，研究人员需要将碱基编辑器精准地递送至大脑。
为此，研究小组开发了一对腺相关病毒（AAV）载体。
这些AAV载体能够通过直接注入中枢神经系统，或通过外周注射高效穿越血脑屏障来转导神经元细胞，从而将碱基编辑器包装并递送至脑细胞中
。每个AAV载体均包含一个U6启动子，用于表达编码
PRNP
R37X的单向导RNA（sgRNA）。此外，每个载体还分别包含融合了蛋白质内含肽（intein）的碱基编辑器的一半。当两种载体共同转导时，功能性碱基编辑器得以重建。
随后，研究人员将AAV注射入感染了人类朊病毒蛋白的小鼠体内。结果
显示，
在预期进行编辑的基因拷贝中，该编辑系统成功植入了R37X突变，平均编辑成功率达到37%
。
与未处理的小鼠相比，朊病毒蛋白水平降低了50%，小鼠的寿命也延长了约50%。
为了进一步优化该编辑系统，科学家们对其进行了多方面的改进，旨在提高编辑效率并限制向非靶向组织的递送。
通过改进后的系统，研究人员在AAV剂量降低6倍的情况下，观察到朊病毒蛋白水平降低了63%。
未来，研究团队计划将碱基编辑载荷的体积缩小，因为双AAV的生产成本相对较高。此外，
他们还打算开发一种策略，利用先导编辑技术（该技术能够进行比单个碱基变化更复杂的DNA编辑）来植入一种保护性突变。
这种突变不会完全关闭蛋白质的生产流程，而是确保朊病毒蛋白本身具有良性特性，
从而为治疗朊病毒病提供更安全有效的途径。
