【佳学基因解码解决方案】基因沉默疗法治疗卟啉病

基因治疗导读：

高通量测序技术结合基因解码技术，充实和丰富了基因检测所赖以生存的基因突变数据库，为眼科疾病、骨科疾病、少白头、及肌肉萎缩、渐疼症等的正确诊断分子诊断提供了保证。而正确的致病基因位点的明确为基因治疗提供了方向。罕见病的基因治疗有多种方法，这包括基于腺病毒和慢病毒的缺陷蛋白体内表达方法、具有脱靶基因风险的基因编辑治疗方法、将基因解码和基因编辑结合起来以消除基因编辑的脱靶效应的基因矫正方法。另外一种方法是基因沉默法。基因沉默法是通过干扰RNA等技术将表达致病基因蛋白的RNA进行消减，从而达到治疗的目的。这一技术被用来治疗亨挺顿氏舞蹈症。

佳学基因名词解释：基因沉默

基因沉默是调节细胞中的基因表达以阻止特定基因的表达。当基因沉默时，它们的表达就会减少。相反，当基因被敲除时，它们会从生物体的基因组中有效清除，因此没有表达。

基因沉默的方法与路径：

反义寡核苷酸

1978年，Paul Zamecnik和Mary Stephenson发现了反义寡核苷酸。寡核苷酸是一种短的核酸片段，当添加到细胞中时会与互补的靶mRNA分子结合。这些分子可以由单链DNA或RNA组成，长度通常为13-25个核苷酸。反义寡核苷酸可以通过两种方式影响基因表达：通过使用RNase H依赖性机制或通过使用立体阻断机制。RNase H依赖性寡核苷酸导致靶mRNA分子降解，而立体阻断剂寡核苷酸阻止mRNA分子的翻译。大多数反义药物通过核糖核酸酶H依赖机制发挥作用，其中核糖核酸酶H水解DNA/RNA异源双链的RNA链。

核酶

核酶是用于抑制基因表达的催化RNA分子。这些分子通过切割mRNA分子工作，基本上使产生它们的基因沉默。西德尼·奥尔特曼和托马斯·切赫于1989年新颖发现了催化RNA分子、核糖核酸酶P和第二组内含子核酶，并因此获得了诺贝尔奖。存在几种类型的核酶基序，包括锤头型、发夹型、三角型肝炎病毒、I组、II组和RNase P核酶。锤头、发夹和三角型肝炎病毒（HDV）核酶基序通常存在于病毒或类病毒RNA中。这些基序能够自我切割mRNA分子上的特定磷酸二酯键。低等真核生物和少数细菌含有I组和II组核酶。这些基序可以通过切割和连接磷酸二酯键来自我剪接。最后一个核酶基序，核糖核酶P核酶，在大肠杆菌中发现，并以其与蛋白质辅因子结合时能切割几种tRNA前体的磷酸二酯键而闻名。核酶使用的一般催化机制与蛋白质核糖核酸酶使用的机制相似。这些催化RNA分子结合到一个特定位点并攻击相邻的位点RNA主链中的磷酸及其2'氧（作为亲核试剂）形成具有2'3'环磷酸和5'羟基末端的裂解产物。科学家们越来越多地利用这种催化机制对靶mRNA分子进行序列特异性切割。此外，人们正试图利用核酶来生产基因沉默疗法，这种疗法可以沉默导致疾病的基因。

RNA干扰

RNA干扰（RNAi）是细胞调节基因表达的自然过程。1998年，安德鲁·费尔（Andrew Fire）和克雷格·梅洛（Craig Mello）发现了该基因，并于2006年获得诺贝尔奖。沉默基因的过程首先始于双链RNA（dsRNA）分子进入细胞，然后双链分子被一种叫做Dicer的酶切割成小的双链片段。这些小片段包括小干扰RNA（siRNA）和microRNA（miRNA），长度约为21-23个核苷酸。这些片段整合到一种称为RNA诱导沉默复合物的多亚单位蛋白质中，该复合物含有Argonaute蛋白质，是RNA干扰途径的重要组成部分。分子的一条链称为“引导”链，与RISC结合，而另一条链称为“乘客”链被降解。保持与RISC结合的片段的引导链或反义链指导靶mRNA分子的序列特异性沉默。这些基因可以被siRNA分子沉默，siRNA分子导致靶mRNA分子的内切酶切，或者被miRNA分子沉默，miRNA分子抑制mRNA分子的翻译。随着mRNA分子的切割或翻译抑制，形成它们的基因基本上变得不活跃。RNAi被认为是一种细胞防御机制，可以抵御诸如RNA病毒之类的入侵者，也可以阻止细胞DNA中转座子的增殖。RNA病毒和转座子都可以双链RNA的形式存在，并导致RNAi的激活。目前，siRNAs被广泛用于抑制特定基因的表达和评估基因的功能。采用这种方法的公司包括Alnylam、赛诺菲、Arrowhead、Designa和Persomics等。

3'非翻译区与microRNA

根据佳学基因关于基因结构的分析，信使RNA（mRNAs）的3'非翻译区（3'UTR）通常包含转录后导致基因沉默的调节序列。这种3'-UTR通常包含microRNA（miRNA）和调节蛋白的结合位点。通过与3'-UTR内的特定位点结合，大量特异性miRNA通过抑制翻译或直接导致转录物降解来降低其特定靶mRNA的基因表达，其机制类似于RNA干扰（参见MicroRNA）。3'-UTR也可能具有结合抑制mRNA表达的阻遏蛋白的沉默区。3'-UTR通常包含microRNA响应元件（MRE）。MRE是miRNA结合并导致基因沉默的序列。这些是3'-UTR中普遍存在的基因信息组件。在3'-UTR内的所有调控基序（例如，包括沉默区）中，MRE约占基序的一半。截至2014年，人体基因序列变化与疾病表征中共记载了233个生物物种中的28645个条目。其中，1881个miRNA位于带注释的人类miRNA位点。据预测，每个miRNA平均有大约400个靶mRNA（导致数百个基因的基因沉默）。Freidman等人估计，人类mRNA 3'UTRs中超过45000个miRNA靶点保守在背景水平以上，并且超过60%的人类蛋白质编码基因处于选择性压力下，以维持与miRNA的配对。直接实验表明，单个miRNA可以降低数百个独特mRNA的稳定性。其他实验表明，单个miRNA可能抑制数百种蛋白质的产生，但这种抑制通常相对温和（不到2倍）。miRNA基因表达失调的影响在癌症中似乎很重要。例如，在胃肠道癌症中，9种miRNA已被鉴定为表观遗传学改变，可有效下调DNA修复酶。miRNA基因表达失调的影响似乎在神经精神疾病中也很重要，如精神分裂症、双相情感障碍、抑郁症、帕金森病、，阿尔茨海默病和自闭症谱系障碍。

基因沉默技术在疾病治疗中的应用

2021年10月21日，英国BBC报道。英国国家医疗服务体系（NHS）将采用一种创新药物，这种药物被称为“基因沉默”，帮助那些生活在严重病痛中的人。

急性间歇性卟啉病破坏利兹姐妹的生活

该药用于治疗急性间歇性卟啉病（acute intermittent porphyria)，这种病会在家族中传播，导致患者无法工作或无法正常生活。临床试验显示，使用这种药物后，严重症状减少了74%。虽然卟啉症很罕见，但专家表示，基因沉默有可能给医学带来革命性的变化。

该药物改变了利兹·吉尔（Liz Gill）和苏·伯勒尔（Sue Burrell）姐妹的生活。在接受治疗之前，莉斯记得生活在“有效痛苦”中的创伤，最糟糕的是，她在医院瘫痪了两年。妹妹苏说她“一夜之间失去了一切”，当她突然进出医院，被解雇，并不知道她的伴侣是否会一直陪伴她（他有）。“太可怕了，”她告诉我。两人都习惯了每天服用强效麻醉性的止痛药。但在需要住院治疗的严重发作期间，即使吗啡也无法抑制疼痛。
基因沉默：与抗生素有一比的药物

基因沉默直抵姐妹俩患病的根源，而不仅仅是控制她们的症状。他们的卟啉症会导致体内有毒蛋白质逐步增长，从而导致身体疼痛。基因沉默让一套阻止蛋白质产生的基因指令减弱了。两人都参加了治疗，这是临床试验的一部分，她们目前每月仍在接受注射。

利兹说：“差别是巨大的，我们不再疼了。”“你不需要依赖以鸦片为基础的止痛剂，这会让你在工作中取得成功，买得起自己的房子。”

苏说治疗改变了她的生活：“（你）可以做以前不能做的事情，可以更好地做一个母亲，更好地做一个妻子……好好生活。”

临床试验表明，被称为givosiran的基因沉默疗法，将严重发作的数量减少了74%。

英国国家健康和临床优化研究所负责批准在英国使用药物，该研究所表示，这种疗法“将提高人们的生活质量”，而且“物有所值”。英国伦敦大学国王学院医院国家急性卟啉症服务中心主任大卫·里斯（David Rees）告诉BBC：“找到一种真正改变人们生活的药物非常了不起。”但是，急性间歇性卟啉症是罕见的。在英国，每年只有大约17人被确诊。“（但是）如果我们能控制基因，并在我们想要的时候打开或关闭它们，那么在治疗包括阿滋海默症、癌症和其他疾病方面，几乎任何事情都是可能的，”里斯教授说。

基因沉默已经被证明在淀粉样变等其他罕见遗传疾病中有效。它能够在不长久改变人体DNA的情况下，改变DNA在人体中的工作方式，已经被用来做降胆固醇注射，每年两次。阿尔斯特大学个体化医疗教授塔拉·摩尔（Tara Moore）表示，基因沉默的影响力可能像抗生素一样大。

她对BBC说：“这是一种非常强大的工具，它非常独特，非常了不起。”“真的没有什么能阻止我们面向如此多的不同疾病，从癌症、心血管疾病到胆固醇问题。”