試想未來(lái)的一個(gè)治療場(chǎng)景：非酒精性脂肪肝慢性疾病患者每天只需要通過(guò)特制電子煙或?qū)Ｓ渺F化器定時(shí)定量吸入香氣分子，就可以在體內(nèi)長(zhǎng)期表達(dá)治療蛋白，而避免了傳統(tǒng)的注射或口服藥物的治療方式，治療過(guò)程變得輕松無(wú)痛且依從性高。這樣的場(chǎng)景如今已不再是設(shè)想，科學(xué)家們已在小鼠體內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)該設(shè)想。

如今受中國(guó)千年香道文化的啟發(fā)，基于中藥材麝香的主要活性成分---麝香酮（muscone）具有迷人的香氣和揮發(fā)性的特點(diǎn)，利用合成生物學(xué)的理念，中國(guó)學(xué)者創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)出“聞香”控制的人工基因線路開(kāi)關(guān)，并將其裝載在腺相關(guān)病毒AAV基因治療載體中（命名為AAV_MUSE），實(shí)現(xiàn)無(wú)針無(wú)痛、患者依從性高的可控式基因療法。這一創(chuàng)新成果“AAV-delivered muscone-induced transgene system for treating chronic diseases in mice via inhalation”于2024年2月6日發(fā)表在國(guó)際期刊Nature Communications。

1.麝香酮“開(kāi)關(guān)”如何實(shí)現(xiàn)“聞香治病”？

芳香療法在日常生活中常用于心理疾病治療，通過(guò)吸入芳香精油，能夠緩解壓力，舒緩心情，研究者試想能否將該“聞香療法”應(yīng)用于慢性疾病中？麝香酮是中藥材麝香的主要活性成分，是一種具有揮發(fā)性和香氣的臨床藥物，已被國(guó)家批準(zhǔn)用于食品、藥品、以及香水中。鑒于麝香酮的安全性、揮發(fā)性，研究人員基于感應(yīng)麝香酮的小鼠嗅覺(jué)受體MOR215-1和合成的cAMP響應(yīng)的啟動(dòng)子（P_CRE），在體外成功構(gòu)建了低背景、高誘導(dǎo)的麝香酮調(diào)控的基因環(huán)路（muscone-regulated gene circuit, MUSE）。當(dāng)麝香酮與G蛋白偶聯(lián)受體MOR215-1結(jié)合后，激活胞內(nèi)的cAMP信號(hào)通路，隨后使得響應(yīng)cAMP的結(jié)合蛋白1（cyclic-AMP response binding protein, CREB1）磷酸化后結(jié)合到P_CRE啟動(dòng)子上，進(jìn)而啟動(dòng)目的基因表達(dá)（圖1）。體外驗(yàn)證結(jié)果顯示，麝香酮與細(xì)胞在沒(méi)有直接接觸的情況下，麝香酮自身的揮發(fā)性，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控基因的表達(dá)。

圖1 MUSE的工作原理圖

2.為AAV介導(dǎo)的基因治療裝上“按開(kāi)關(guān)的手”

基因治療載體腺相關(guān)病毒AAV已被美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)為臨床基因治療載體，該載體安全性高，免疫原性低，體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)，血清型多，且具有組織特異性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2018年，世界范圍內(nèi)已完成或正在進(jìn)行的AAV基因藥物臨床試驗(yàn)已有145項(xiàng)，在腦部疾病、眼部疾病以及血友病中具有良好應(yīng)用前景。但是AAV遞送的基因會(huì)持續(xù)過(guò)量表達(dá)，產(chǎn)生毒副作用，基于上述問(wèn)題，我們?cè)噲D將可控式基因環(huán)路與基因治療相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)基因治療的設(shè)想。

因此我們將麝香酮調(diào)控基因環(huán)路裝載在AAV病毒載體中，設(shè)計(jì)構(gòu)建了AAV介導(dǎo)的麝香酮調(diào)控的基因環(huán)路（AAV_MUSE），利用AAV的多器官靶向性將該環(huán)路轉(zhuǎn)導(dǎo)至肝臟或肺部，通過(guò)定期“聞香”實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期精準(zhǔn)控制蛋白藥物的表達(dá)釋放（圖2）。

圖2 MUSE經(jīng)AAV病毒載體遞送至小鼠體內(nèi)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期調(diào)控基因表達(dá)效果

3.AAV_MUSE在非酒精性脂肪性肝炎以及過(guò)敏性哮喘模型中的治療

目前慢性疾病的治療通常需要反復(fù)注射或口服藥物，這導(dǎo)致患者的依從性差，且藥物毒副作用大，迫切需要開(kāi)發(fā)安全可靠以及患者依從性高的治療策略。研究者將AAV_MUSE應(yīng)用于非酒精性脂肪性肝炎（NAFLD）和過(guò)敏性哮喘（allergicasthma）疾病的治療中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在非酒精性脂肪性肝炎（NAFLD）模型小鼠中，AAV_MUSE經(jīng)AAV2/9遞送至肝組織后能夠精準(zhǔn)調(diào)控ΔhFGF21產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)28周的治療；在過(guò)敏性哮喘模型小鼠中，AAV_MUSE經(jīng)AAV2/6和AAV2/lung聯(lián)合遞送至肺組織后能夠精準(zhǔn)控制ΔmIL-4產(chǎn)生,成功預(yù)防該疾病發(fā)展。僅注射一次AAV_MUSE，而后通過(guò)定時(shí)定量吸入麝香酮即可原位精準(zhǔn)、持續(xù)地誘導(dǎo)治療蛋白表達(dá)，達(dá)到“聞香”治療慢性疾病的目的（圖3）。

圖3 麝香酮調(diào)控系統(tǒng)在慢性疾病治療中的應(yīng)用

綜上，該研究中所構(gòu)建的芳香小分子麝香酮調(diào)控基因環(huán)路可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程誘導(dǎo)、高效精準(zhǔn)調(diào)控基因表達(dá)，為合成生物學(xué)提供了新的調(diào)控工具，也為可控性的基因治療研究提供了新方法，有助于推動(dòng)基因療法在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)的“聞香”基因療法也為慢性疾病提供了一種無(wú)創(chuàng)無(wú)痛的治療方式，為未來(lái)開(kāi)發(fā)更有效、更安全、更精準(zhǔn)的個(gè)性化疾病治療方法提供了新思路。

武鑫，山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)研究院講師，2017年進(jìn)入華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院攻讀研究生，2023年獲得博士學(xué)位。主要研究方向?yàn)楹铣缮飳W(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程，聚焦于人工基因環(huán)路的設(shè)計(jì)構(gòu)建和納米材料對(duì)基因環(huán)路及細(xì)胞進(jìn)行精準(zhǔn)高效遞送。迄今以一作或共一作者身份在Nature Communications上發(fā)表研究論文2篇，以共一作者身份在Cell Reports Medicine上發(fā)表研究論文1篇，以共同作者在Science Advances,Nature Biotechnology,NatureChemical Biology期刊上發(fā)表研究論文3篇。博士期間獲評(píng)優(yōu)秀學(xué)生和優(yōu)秀畢業(yè)生等榮譽(yù)。