佩梅病治疗新思路：抑制蛋白脂蛋白PLP1

来源：BioArt

撰文 | 十一月
责编 | 兮
佩梅病（Pelizaeus-Merzbacher disease, PMD）是一种严重的、X染色体连锁的、髓鞘形成异常与神经功能障碍的脑白质病变，该疾病是由蛋白脂蛋白PLP1（Proteolipid protein 1）突变引起的【1,2】。PLP1的点突变和多拷贝变异会导致严重和致命的疾病。PLP1-null的病人和小鼠均表现出相对较弱的表型【2-5】，这说明PLP1的抑制可能会是佩梅病的治疗方式。 2020年7月1日，美国凯斯西储大学Paul J. Tesar研究组在Nature杂志上发表文章Suppression of proteolipid protein rescues Pelizaeus-Merzbacher disease，发现通过抑制蛋白脂蛋白PLP1可以达到缓解佩梅病症状的效果，为临床方面实现佩梅病的治疗提供了可能的方案。 
佩梅病的特征是其特征是中枢神经系统大量髓鞘少突胶质细胞丧失，典型的症状包括眼球震颤、痉挛、肌张力减退和认知功能障碍，病人通常会在成年前死亡。临床方面佩梅病目前还没有疗法在病人身上显示出效果【6-8】。大多数PMD患者都存在PLP1重复突变，导致正常PLP1蛋白过表达【2】。但是少数PLP1-null的病人和点突变和多拷贝变异的病人相比，症状明显较轻并且能够存活40-60年，而且在30-40年可以确保认知能力的完整。这可能是由于缺乏细胞应激反应和PLP1蛋白过量或者异常引发的少突胶质细胞（Oligodendrocyte）的死亡【9】。这给了作者们一个提示：抑制PLP1可能会为临床方面治疗佩梅病提供一些机会。具体来言，在多拷贝基因重复的患者中将PLP1的表达降低到正常水平在理论上是有疗效的。而且更广泛地说，PLP1-null患者症状表现更温和，意味着抑制PLP1表达的治疗窗更宽泛，这可以在产生异常PLP的点突变患者中用于恢复功能性少突胶质细胞。 为了对这一想法进行检测，作者们首先在PMD小鼠模型生殖细胞中抑制Plp1。通过CRISPR基因编辑系统，作者们设计sgRNA靶向Plp1，并将基因编辑后的PMD小鼠称为CR-impy。编辑后的小鼠CR-impy中Plp1在中枢神经系统中转录本水平与野生型小鼠相比下降了61-74%。为了确认Plp1抑制是否存在病理方面的作用，作者们对少突胶质细胞谱系以及神经炎症相关的细胞标记物进行了检测。CR-impy小鼠中成熟髓鞘的标记物MBP（Myelin basic protein）几乎恢复到了野生型的水平（图1），髓鞘调节因子MyRF (Myelin regulatory factor)也完全恢复到了正常水平。相较于PMD小鼠模型来说，CR-impy小鼠中神经炎症相关的标记物变得很低。Plp1的抑制对少突胶质细胞具有一种细胞本质性作用，足以回复PMD小鼠中的细胞表型。另外，通过对小鼠进行的一些行为学实验，证明相较于PMD小鼠模型中运动能力的降低，CR-impy小鼠在所有不同的时间点中几乎与野生型小鼠表现类似。这些结果都说明，在PMD小鼠模型生殖细胞中抑制Plp1能够恢复少突胶质细胞的数量、髓鞘的功能以及寿命。
图1 髓鞘标记物MBP在CR-impy小鼠小鼠中得到了明显恢复
 进一步地，为了将抑制Plp1作为一种临床方面治疗PMD的策略，作者们使用反义寡核苷酸(Antisense oligonucleotides, ASOs)对体内出生之后的小鼠进行Plp1抑制。在通过阳性对照基因证明ASOs在体内高亲和性和准确性后，作者们对成年野生型小鼠分别进行了两种不同的Plp1 ASOs的脑室内注射。两种Plp1 ASOs均呈现剂量依赖性Plp1转录本和PLP1蛋白的抑制。 作者们想知道在PMD小鼠模型中注射Plp1 ASOs是否能够逆转佩梅病的表型。在注射Plp1 ASOs后，PMD小鼠模型的寿命明显提高，成熟髓鞘的标记物MBP也得到了显著恢复。而且，两种Plp1 ASOs注射的PMD小鼠均表现出非常微弱的PMD小鼠表型，震颤和偶然的短时间痉挛都明显减少。因此，产后单次注射以Plp1为靶点的ASO可引起Plp1表达的持续降低，可以恢复少突胶质细胞并增加髓磷脂的功能从而改善PMD小鼠模型的运动性能和寿命。 总的来说，Tesar研究组工作发现在生殖细胞中利用CRISPR-Cas9技术抑制plp1基因或者在出生后的小鼠中利用ASOs技术抑制plp1基因可以缓解PMD小鼠模型中主要的佩梅病表型。另外，作者们建立了基于寡核苷酸ASO的药物可以在出生后对小鼠进行注射以调节少突胶质细胞的疾病靶点，并恢复髓鞘功能以延长动物寿命。该研究工作将为佩梅病的治疗提供可能的治疗方案，同时也为其他的髓鞘相关疾病提供了参考数据。 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2494-3