Molecular Therapy:建立早發(fā)癲癇性腦病食蟹猴模型
Molecular Therapy在線發(fā)表了題為Base-edited Cynomolgus Monkeys mimic core symptoms of STXBP1 encephalopathy的研究論文。該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)優(yōu)異創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、中科院靈長(zhǎng)類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫強(qiáng)研究組/劉真研究組和上??萍即髮W(xué)黃行許研究組合作完成。該研究通過單堿基編輯技術(shù),構(gòu)建了早發(fā)癲癇性腦病食蟹猴模型。該模型在基因、細(xì)胞、腦電活動(dòng)(EEG)、行為、藥物干預(yù)等方面均再現(xiàn)了人類病患典型的臨床特征。該模型的建立為后續(xù)的疾病機(jī)理研究、干預(yù)手段探索、藥物測(cè)試等提供了新工具。
突觸前突觸融合蛋白結(jié)合蛋白1(STXBP1)對(duì)于神經(jīng)遞質(zhì)釋放至關(guān)重要。STXBP1基因雜合突變導(dǎo)致幼兒期的STXBP1腦病(STXBP-E),主要癥狀為智力障礙和癲癇。盡管利用小鼠模型開展的相關(guān)研究取得了進(jìn)展,卻不能很好地模擬STXBP1-E患者中出現(xiàn)的嚴(yán)重癲癇發(fā)作和典型的抑制爆發(fā)腦電圖模式。由于非人類靈長(zhǎng)類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在進(jìn)化上與人類更為接近,研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了具有STXBP1突變的食蟹猴模型。
該研究利用胞嘧啶單堿基編輯器(A3A)和單精注射技術(shù)對(duì)STXBP1基因上的熱點(diǎn)突變R292H進(jìn)行模擬,隨后運(yùn)用靈長(zhǎng)類胚胎輔助生殖技術(shù)將編輯后的胚胎移植到代孕猴子宮內(nèi),并獲得了2只出生個(gè)體以及3只流產(chǎn)猴?;蛐丸b定和嵌合率分析結(jié)果顯示,出生猴的組織接近雜合突變,而流產(chǎn)猴組織接近純合突變,這些結(jié)果與STXBP1基因突變純合致死的報(bào)道一致。
表型分析和行為觀察結(jié)果顯示,在排除肌陣攣(短暫的、抽搐的、類似休克的不自主運(yùn)動(dòng))后,在兩只出生猴上均觀察到局灶性癲癇和單側(cè)陣攣等典型的癲癇癥狀。進(jìn)一步的EEG研究發(fā)現(xiàn),STXBP1突變猴的腦電具有典型的癲癇放電和爆發(fā)抑制性模式(suppression-burst EEG)。爆發(fā)抑制性腦電被廣泛認(rèn)為是大腦深度失活的基本特征,常見于深度麻醉、體溫過低、昏迷和早發(fā)嬰兒腦病,這種腦電模式通常與不良預(yù)后相關(guān)。癲癇動(dòng)物模型中,這些典型的爆發(fā)抑制性腦電模式是第一次被發(fā)現(xiàn)和報(bào)道。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn),STXBP1突變猴腦電中低頻振蕩頻率明顯高于野生猴,這種現(xiàn)象也見于嬰兒難治性癲癇的報(bào)道,被稱為嬰兒痙攣癥。
科研團(tuán)隊(duì)對(duì)疾病猴進(jìn)行了左乙拉西坦藥物的干預(yù)和腦電水平的追蹤記錄。在給藥后,癲癇癥狀和腦電模式均沒有明顯好轉(zhuǎn)。放電源(推測(cè)癲癇灶)主要集中在前額葉,偶爾會(huì)轉(zhuǎn)移到枕部區(qū)域,這也反映了當(dāng)前藥物對(duì)難治性癲癇治療效果不佳。
生化分析發(fā)現(xiàn),R292H突變可以阻斷STXBP1蛋白與Syntaxin1蛋白的結(jié)合。STXBP1突變猴腦組織表現(xiàn)出明顯的SNARE復(fù)合物、STXBP1蛋白和Syntaxin1蛋白減少。上述結(jié)果說明STXBP1突變猴神經(jīng)遞質(zhì)釋放相關(guān)功能受到影響。為了進(jìn)一步利用STXBP1突變猴模型,研究對(duì)一只STXBP1突變猴的前額葉皮層取樣后開展了單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。結(jié)果顯示,明顯的變化是STXBP1突變猴中ExN7神經(jīng)元的數(shù)量和比例明顯降低,甚至消失。基因本體分析表明,這類神經(jīng)元的發(fā)育受到影響,提示了特定神經(jīng)元在疾病發(fā)生中可能存在的作用。該研究認(rèn)真評(píng)估了單堿基編輯器在模型構(gòu)建過程潛在的脫靶效應(yīng),結(jié)果顯示,盡管存在明顯的基于脫氨酶的隨機(jī)脫靶效應(yīng),但脫靶位點(diǎn)與模擬的疾病表型不相關(guān)。
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