發布日期：2017-08-07

基因療法是近年來的熱門話題。隨著我們對人類基因組的認識不斷加深，越來越多的科學家想要通過改造基因，治療疾病。昨日，我們報道的人類胚胎改造，就是一個典型案例。

該研究的主要負責人Xiaoyang Wu教授（圖片來源：芝加哥大學）

今日，在頂尖學術刊物《細胞》的子刊《Cell Stem Cell》中，來自芝加哥大學的Xiaoyang Wu教授團隊發表了他們的一項新發現——將干細胞技術、CRISPR基因編輯技術、與皮膚移植技術相結合，一款基因療法有望對肥胖癥與2型糖尿病這兩種常見疾病進行治療。

自上世紀70年代以來，科學家們就學會了如何從燒傷患者身上分離出皮膚干細胞，在實驗室中進行培育，并移植到患者的燒傷部位，進行治療。這給Wu教授的團隊帶來了啟示。如果我們在這些皮膚細胞中引入能治病的基因，是否就能把皮膚改造成人體的藥廠，隨時生產能治療疾病的藥物呢？

科學家們想在皮膚里引入能治病的基因（圖片來源：《Cell Stem Cell》）

研究人員決定以小鼠糖尿病為模型檢驗這個想法。選擇糖尿病有幾個原因。首先，它的病理與皮膚無關，因此不大可能受皮膚移植的影響。其次，我們知道，用一些簡單的蛋白質，就能對糖尿病進行治療，這便于基因療法的開發。

使用CRISPR基因編輯手段，這支團隊改造了編碼胰高血糖素樣肽1（GLP1）的基因，引入了一個能顯著提高其半衰期的突變。隨后，他們將這條基因接在了一個抗體基因片段上，并在前頭安上了一個受多西環素（doxycycline）誘導的啟動子。按照他們的設計，如果這個基因片段能正常工作，那么在多西環素的誘導下，基因會進行表達，產生與抗體片段相融合的GLP1。在抗體片段的作用下，它能隨著血流進行循環，促進胰島素的分泌，從而起到控制糖尿病的作用。

這款基因療法的設計示意圖（圖片來源：《Cell Stem Cell》）

這個實驗的設計看起來很完美，但實際操作是困難重重。由于條件所限，這項實驗只能先在小鼠中進行，而小鼠的皮膚移植體系極不成熟。在小鼠的免疫系統不受影響的前提下，幾乎沒有一例成功的皮膚移植案例。這款基因療法，能如預想般順暢運行嗎？

為了攻克這一難題，研究人員使用了這幾年新興的“類器官”技術。他們將基因引入到小鼠的皮膚細胞后，讓這些細胞在培養基上生長。在多年的摸索下，研究人員終于找到了一個能讓細胞開始分層的特定環境。在這個環境的誘導下，這些原本雜亂無章的細胞變成了具有多層結構的“皮膚類器官”。它雖然和正常皮膚有著差異，但生理性質已非常接近。

皮膚“類器官”的產生，是該研究中的一大亮點（圖片來源：《Cell Stem Cell》）

隨后，研究人員把這些皮膚移植到了小鼠身上，并緊張地等待著小鼠的反應。令人欣慰的是，大部分小鼠沒有出現顯著的排斥反應?？紤]到這些小鼠的免疫功能依舊保持完整，這個結果堪稱突破。這也是我們首次證實，經過改造的皮膚移植物，在免疫功能完整的野生型小鼠上能長期存活。

“我們皮膚移植的成功率要超過80%，這非常令人興奮。”Wu教授說。

移植上的皮膚細胞雖然活了下來，但這并不代表依存于皮膚細胞的基因療法能夠起效。隨后，研究人員繼續進行實驗，試圖了解他們插入的基因能否起作用。

在對照實驗中，研究人員給皮膚里內嵌有基因療法系統（但未經誘導）的小鼠，以及野生型小鼠都喂食了高脂肪的食物。兩組小鼠的體重都上升明顯。這表明皮膚的移植，不會影響小鼠的正常發育生長。

隨后，研究人員們在高脂肪的食物里添加了誘導劑，觀察小鼠們的反應。野生型小鼠和之前表現得一樣，很快就胖成了氣球。而皮膚里內嵌有基因療法系統的小鼠，在誘導劑的作用下，體內的GLP1水平顯著上升，這也讓血液里的胰島素水平上升，有效控制了血糖。于是，這些小鼠怎么吃也吃不胖。

在誘導劑的作用下，接受基因療法的小鼠（左）并沒有吃胖（圖片來源：《Cell Stem Cell》）

“綜合來看，我們的數據表明，基于皮膚的基因療法能有效誘導GLP1的表達，用于治療和預防由飲食引起的肥胖癥和其他疾病。”研究人員寫道。因此，他們相信這款基因療法有望在未來應用于臨床。

“我們突破了技術上的瓶頸，設計了一種小鼠與小鼠之間的皮膚移植模型。這些動物的免疫系統都保持著完整。我們認為這個平臺有潛力帶來安全持久的基因療法。我們期待它有朝一日能應用于人體，” Wu教授說：“它能被用來遞送具有療效的蛋白，替代具有遺傳缺陷的蛋白，或是移除各種毒素。”

參考資料

[1] Engineered Epidermal Progenitor Cells Can Correct Diet-Induced Obesity and Diabetes

[2] Gene therapy via skin could treat many diseases, even obesity

來源：學術經緯