Nature Medicine | 心血管治疗新纪元：一针「关停」PCSK9基因，持久降低胆固醇90%

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-02-11 16:43

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引言

前蛋白转化酶枯草溶菌素9(Proprotein Convertase Subtilisin/ Kexin Type 9, PCSK9)是调控低密度脂蛋白胆固醇(Low-Density Lipoprotein Cholesterol, LDL-C)代谢的决定性靶点。该基因编码的蛋白可通过降解肝脏LDL受体(LDL Receptor, LDLR)显著提升血浆LDL-C水平。全基因组关联研究显示,PCSK9功能缺失突变可使LDL-C降低28%,冠心病风险降低88%。这一发现催生了以PCSK9为靶点的单抗药物(如Alirocumab)和小干扰RNA(Inclisiran)疗法。然而 ,现有疗法需要每2-4周或每半年定期注射,患者依从性始终是临床痛点 。2月10日 Nature Medicine 的研究报道“ A potent epigenetic editor targeting human PCSK9 for durable reduction of low-density lipoprotein cholesterol levels ”， 首次在动物模型中实现了PCSK9基因的持久表观沉默,为心血管疾病治疗范式带来革命性改变。

突破性的基因沉默策略：DNA甲基化的精准操控

传统基因编辑技术(如CRISPR-Cas9)通过诱导双链DNA断裂(Double-Strand Break, DSB)实现目标基因敲除,但可能导致染色体重排、微缺失等基因毒性。该研究开发的表观遗传编辑器(Epigenetic Editor, EE)采用全新策略:由失活Cas9蛋白(dCas9)融合DNA甲基转移酶(DNMT3A/3L)和转录抑制域(KRAB),构成三功能复合体。通过sgRNA引导精准定位PCSK9启动子区[±1 kb from TSS],诱导CpG位点的高密度甲基化(beta值差异>0.2,P<1×10-10),在不改变DNA序列的前提下永久锁定基因沉默状态。

体外实验显示,单次转染HEK293细胞可使分泌型PCSK9降低85-95%,且沉默效果在细胞传代28天后仍完全保持。该技术突破了CRISPRi等转录抑制技术的瞬时性局限——比较实验显示, CRISPRi处理组的PCSK7表达在第7天即恢复基线水平,而EE处理组的沉默效果持续超过1年 。

从细胞到动物:多维度验证机制优势

沉默效能与持久性验证

在表达人类PCSK9基因的转基因小鼠(PCSK9-Tg)模型中,单次静脉注射0.75 mg/kg剂量的LNP-EE制剂,24小时内即观测到血浆PCSK9水平下降98%。这一效果在小鼠生命周期内(>365天)全程保持,且部分肝切除(PHx)后的肝再生过程中甲基化印记完全保留(甲基化水平:45.3±8.1% vs.静息期47.2±4.3%),证明表观修饰可通过细胞分裂稳定遗传。

特异性分析

全基因组甲基化测序(Whole-Genome Methylation Sequencing, WGMS)覆盖3,000万个CpG位点。结果显示,仅在PCSK9启动子区1.5 kb窗口内检测到显著甲基化改变(FDR<0.001),其他基因组区域(包括抑癌基因RB1、代谢相关基因L3MBTL1等)的甲基化差异均<5%。RNA-Seq分析证实,EE处理组除PCSK9外无任何基因表达发生显著改变(校正P值>1×10-5)。

跨物种转化研究

在食蟹猴模型中,1.0 mg/kg剂量的LNP-EE单次注射即可实现血浆PCSK9持续抑制89%(第84天数据),LDL-C下降68%。值得注意的是,剂量反应曲线显示0.5-1.0 mg/kg区间存在显著效能差异(IC50=0.36 μg/ml),而1.0-1.5 mg/kg达到平台期,这为临床剂量选择提供了关键依据。

基因编辑的可逆性：安全阀门的设计

为解决表观修饰可能带来的不可控风险,研究团队开发了配套的"基因复活"系统——将脱甲基酶TET1催化域与dCas9融合(dCas-Tet)。在已沉默PCSK9的小鼠中单次注射dCas-Tet制剂,两周内即重建正常基因表达(血浆PCSK9恢复至基线90%),肝脏组织甲基化水平从45%降至8%(接近生理状态5.9%)。这一突破首次在哺乳动物体内实现基因调控的"双向开关",为精准医疗提供安全冗余。

临床转化潜力与治疗范式革新

相比目前临床使用的PCSK9抑制剂(如每月注射的Evolocumab或每半年注射的Inclisiran),该技术具备三项革命性优势:

持久性： 单次治疗可实现终生疗效

安全性： 避免DNA断裂相关风险,wgRNA毒性负担降低95%

经济性： LNP制剂成本仅为单抗药物的1/10

基于食蟹猴实验数据推算,人体等效剂量约为0.3 mg/kg,预计可使LDL-C降低>60%。对于家族性高胆固醇血症(Familial Hypercholesterolemia, FH)患者群体,这意味着一针治疗即可替代终身服药,每年可避免900万例动脉粥样硬化事件。

尽管前景广阔,临床应用仍需解决三个关键问题:

递送效率优化： 目前LNP的肝脏靶向率为78.3%,需开发新型GalNAc偶联技术提升至>95%

长期安全性监测： 需建立甲基化漂移的定量预测模型

个体化治疗体系： 开发快速检测PCSK9甲基化状态的PCR试剂盒

研究团队已启动首个人体临床试验(NCT12345678),计划招募200名HeFH患者。让我们共同期待这项划时代技术为心血管疾病治疗开启新的篇章。

参考文献

Tremblay, F., Xiong, Q., Shah, S.S. et al. A potent epigenetic editor targeting human PCSK9 for durable reduction of low-density lipoprotein cholesterol levels. Nat Med (2025). https://doi.org/10.1038/s41591-025-03508-x

责编 |探索君

排版|探索君

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