针对小鼠心脏病发作的基因疗法变得更加精确

如果人类想要像蜥蜴和鱼那样让受损的组织再生，就需要在时间和地点上对基因表达进行精确控制，否则你可能会发现到处都是随机生长的细胞，或者一个新的身体部位永远不会停止生长。也就是说，停止这个过程和启动它一样重要。

杜克大学(Duke)的一组科学家研究了其他动物如何再生受损组织，朝着以这种精度控制至少一部分再生机制的方向迈出了重要一步。他们使用了斑马鱼用来修复心脏损伤的机制，并结合了用于治疗的病毒载体基因治疗在人类身上。

在12月13日网上出现的一篇新论文中细胞干细胞，研究人员证明了控制基因活性的能力受伤，将其限制在一个特定的区域组织在规定的时间内，而不是在整个器官中持续活动。

他们借用了一段鱼的DNA，他们称之为TREE，组织再生增强因子。TREEs是基因组中包含的基因增强子家族，负责感知损伤并协调与修复相关的活动基因在特定的地方进行重建。这些增强子还可以在愈合完成时关闭基因活动。这些调控因素已经在果蝇蠕虫、老鼠以及斑马鱼。

“我们可能也有，”肯·波斯博士说，他是杜克医学院詹姆斯·b·杜克再生生物学杰出教授，他发现了这一现象心在斑马鱼身上进行了再生研究。“但我们更容易在斑马鱼中找到它们，并研究它们是否在哺乳动物中起作用。”

大约1000个核苷酸长，这些增强子序列布满了不同因素和刺激的识别位点，以附着和改变基因活性。Poss说:“我们不完全理解他们是如何做到这一点的，他们真正的反应是什么。”

Poss说，动物体内不同类型的细胞也有不同类型的这些增强子。“其中一些在多个组织中都有反应——这些就是我们在这里使用的组织。但是当我们分析再生的时候脊髓或者鱼的鳍，我们得到了不同的序列。”他补充说，在人类基因组中可能有成千上万种这种类型的增强子。

作为这项为期6年研究项目的第一步，研究人员将几种不同种类的斑马鱼tree整合到胚胎小鼠的基因组中。用可见的记号笔表示基因活性他们发现，在转基因哺乳动物中，约有一半的增强子能按预期工作，并在感知到组织损伤时将组织变为蓝色。

然后，他们想知道是否可以使用腺相关病毒(一种常见的基因治疗工具，用于将基因序列引入细胞)选择性地将增强子元件合并到成年小鼠中。该病毒将含有增强子的DNA引入所有组织，但希望树木只在对损伤做出反应时才会活跃起来。

一系列的实验心脏病小鼠模型显示，含有TREE的病毒可以在受伤前一周被注入，然后增强子在检测到受伤时就会开始行动。但他们发现，在心脏病发作后一两天给动物注射这种药物也有效。Poss说:“我们测试的所有三种TREEs如果在受伤后一天或更长时间内交付，它们仍然可以针对受伤进行表达。”

“这种传递TREE和基因的方法能让我们在正确的时间把分子货物送到正确的地方吗?”我们发现它在老鼠身上确实如此。”Poss说。

他们还在猪体内注入了TREE和荧光标记基因，猪的心脏更大，心率更接近人类。他们在猪心脏病发作前或发作后通过冠状动脉将病毒注入猪心脏，同样，标记物只在受伤部位发光。

然后，为了看看这个系统是否真的可以修复损伤，而不仅仅是感知损伤并打开一个照亮组织的基因，他们提供了一种过度激活的YAP，一种与癌症有关的强大的组织生长基因。关键问题是，这种能让细胞分裂失控的“真正有力的锤子”，能否只在正确的时间和地点发挥作用。

他们使用了一种由一棵树控制的突变YAP，以观察他们是否能在心脏病发作后在老鼠身上安全生长肌肉。Poss说:“这棵树在受伤部位启动了一个突变的YAP数周，然后它自然地关闭了表达。”治疗导致肌肉细胞开始分裂，几周后，老鼠的心脏恢复到接近正常的功能，尽管也有一些疤痕。

Poss说:“你真的不想全力表达YAP，这可能会导致过度生长等问题，但我们发现，我们可以指导它。”Poss说:“整个动物都接受了基因治疗，但YAP只在你的心脏受伤时以可测量的水平表达。”“我们认为我们可以用这些方法在特定的时间和空间控制基因，包括关闭它们。”

研究人员的下一个任务将是更好地了解什么分子与增强子结合，什么控制它们的功能，以及它们在大脑中的位置人类基因组除了提高他们的瞄准能力之外。

Poss说道:“这些控制元素才是最重要的。“斑马鱼的基因在很大程度上与我们相同，但它们再生心脏的能力取决于它们在严重受伤后如何控制这些基因。”

“那么其他伤害模型呢?”彼得·辛格奇迹。“这对创伤性脑损伤或脊髓损伤有效吗?”