2024年8月8日，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心熊志奇研究員與福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院陳萬(wàn)金教授、臨港實(shí)驗(yàn)室程學(xué)文副研究員團(tuán)隊(duì)合作在神經(jīng)科學(xué)期刊《Neuron》雜志發(fā)表了題為Antisense oligonucleotides enhanceSLC20A2expression and suppress brain calcification in a humanized mouse model的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控腦內(nèi)磷酸根濃度的關(guān)鍵基因、同時(shí)也是腦鈣化主要致病基因SLC20A2的新型可變剪接調(diào)節(jié)機(jī)制，并據(jù)此開(kāi)發(fā)了反義寡聚核苷酸療法（ASO）。該ASO藥物通過(guò)增強(qiáng)腦內(nèi)磷酸根的轉(zhuǎn)運(yùn)效能，顯著降低腦內(nèi)磷酸根離子的濃度，進(jìn)而遏制鈣化的發(fā)生，改善腦鈣化的相關(guān)癥狀。這一成果標(biāo)志著我國(guó)在腦鈣化癥的基因治療領(lǐng)域取得了全球首創(chuàng)性突破。

人類(lèi)社會(huì)的老齡化與預(yù)期壽命延長(zhǎng)伴隨衰老相關(guān)的疾病負(fù)擔(dān)顯著上升。機(jī)體的衰老過(guò)程中，骨骼鈣丟失引起骨質(zhì)疏松，而血管與大腦內(nèi)出現(xiàn)的異位鈣化是心血管疾病與腦功能障礙的重要原因。腦鈣化老年人群發(fā)生率高達(dá)20%，遠(yuǎn)高于阿爾茲海默癥、帕金森氏癥等疾病。生理性腦鈣化斑塊較小且進(jìn)展緩慢；但病理性腦鈣化癥發(fā)病早，進(jìn)展快，可出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)與精神癥狀，如運(yùn)動(dòng)障礙、言語(yǔ)不清、癡呆、頭痛、頭暈和抑郁等。部分腦鈣化患者呈高度家族性遺傳，代表性的原發(fā)性家族性腦鈣化癥(PFBC)，患病率近0.6%，通常在40至60歲之間發(fā)病。目前臨床對(duì)于腦鈣化的治療策略主要為對(duì)癥治療，尚無(wú)基于病理機(jī)制的有效干預(yù)手段。

得益于相關(guān)臨床專(zhuān)家和基礎(chǔ)研究學(xué)者的長(zhǎng)期緊密合作，我國(guó)在腦鈣化癥致病基因的鑒定與研究領(lǐng)域處于國(guó)際引領(lǐng)地位。2012年，我國(guó)學(xué)者劉靜宇研究員鑒定了原發(fā)性基底節(jié)鈣化首個(gè)顯性突變致病基因SLC20A2；2018年，福建醫(yī)科大學(xué)陳萬(wàn)金教授與熊志奇研究員團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)首個(gè)隱性突變致病基因MYORG。SLC20A2編碼一種鈉磷共轉(zhuǎn)運(yùn)體PiT2，其雜合突變占所有已報(bào)道原發(fā)性基底節(jié)鈣化病例的60%，造成PiT2表達(dá)單倍體劑量不足，導(dǎo)致患者腦脊液磷酸根水平顯著上調(diào)和鈣化發(fā)生。

在本次工作中，研究者從數(shù)百個(gè)腦鈣化患者中鑒定了六個(gè)原發(fā)性基底節(jié)鈣化家系攜帶SLC20A2基因的內(nèi)含子突變并發(fā)現(xiàn)SLC20A2基因內(nèi)含子區(qū)域存在著一些隱蔽外顯子序列（Cryptic exon），且其中包含提前終止密碼子（Premature termination codon）。正常情況下，一條染色體上的SLC20A2轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，近一半會(huì)整合有隱蔽外顯子序列；在流水線(xiàn)一樣的mRNA加工過(guò)程中，這部分?jǐn)y帶有提前終止密碼子標(biāo)簽的不合格mRNA轉(zhuǎn)錄本會(huì)被細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)檢機(jī)制降解。內(nèi)含子序列變異造成該條染色體上幾乎所有SLC20A2 pre-mRNA序列均變成不合格品，造成患者腦內(nèi)PiT2表達(dá)不足和腦內(nèi)磷酸根穩(wěn)態(tài)失衡,最終導(dǎo)致腦鈣化發(fā)生?；诖嗽順?gòu)建的整合人源化突變內(nèi)含子序列的鈣化模型小鼠，出現(xiàn)與臨床患者類(lèi)似的腦脊液磷酸根水平顯著升高和年齡依賴(lài)的腦鈣化病理特征。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)篩選了靶向SLC20A2隱蔽外顯子序列的ASO藥物。在SLC20A2雜合突變患者來(lái)源的人成纖維細(xì)胞上，ASO干預(yù)可以顯著上調(diào)SLC20A2的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)。人源化小鼠模型腦室內(nèi)一次ASO給藥，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)4個(gè)月以上的SLC20A2表達(dá)修復(fù)。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，ASO可以降低腦鈣化小鼠的腦脊液 Pi水平，并顯著抑制腦鈣化的發(fā)生與進(jìn)展。此外，腦鈣化沉積和磷穩(wěn)態(tài)失衡引起的神經(jīng)元退行性病變、神經(jīng)炎癥等病理變化也被ASO有效改善。

圖1?ASO療法的干預(yù)原理示意圖

熊志奇與陳萬(wàn)金團(tuán)隊(duì)合作，致力于從新的致病基因鑒定入手解析神經(jīng)疾病的機(jī)理與研發(fā)創(chuàng)新性干預(yù)方案。本次研究進(jìn)展源自前期合作成果：發(fā)現(xiàn)腦鈣化第一個(gè)隱性遺傳致病基因MYORG (Neuron,2018)； 通過(guò)MYORG特異表達(dá)于星型膠質(zhì)細(xì)胞這一現(xiàn)象，揭示了腦內(nèi)磷酸根離子穩(wěn)態(tài)調(diào)控和腦鈣化發(fā)生發(fā)展的分子與細(xì)胞機(jī)制(Neuron,2024年7月)。此次發(fā)現(xiàn)家族性腦鈣化癥致病基因SLC20A2的新型可變剪接調(diào)節(jié)機(jī)制，并開(kāi)發(fā)了基于反義寡聚核苷酸療法，是基礎(chǔ)研究 “源自臨床、回饋臨床”的成果體現(xiàn)。與老年癡呆等其他神經(jīng)退行性疾病相似，腦鈣化癥的自然病程亦涵蓋多個(gè)臨床階段，其核心病理改變與癥狀顯現(xiàn)之間存在顯著的時(shí)間滯后。當(dāng)前國(guó)際社會(huì)對(duì)腦鈣化癥認(rèn)識(shí)度不高，輕度腦鈣化患者就診率低，延誤最佳的治療時(shí)機(jī)。隨著人口的老齡化，鈣化相關(guān)的疾病人數(shù)將顯著增加。我們?nèi)孕柰苿?dòng)全社會(huì)對(duì)腦鈣化的認(rèn)知，普及腦鈣化的診斷方法，研究腦內(nèi)磷穩(wěn)態(tài)與衰老以及退行性疾病的關(guān)系。該CRACE（Calcification Repression by ASO-Corrected Expression）ASO干預(yù)策略，有望為腦內(nèi)磷穩(wěn)態(tài)失衡相關(guān)的腦鈣化患者提供一種病因性的干預(yù)方案，阻滯或逆轉(zhuǎn)鈣化病理進(jìn)程。

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院趙淼博士、臨港實(shí)驗(yàn)室程學(xué)文副研究員、臨港實(shí)驗(yàn)室陳蕾博士、福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院博士生曾一恒和林凱俊為論文共同第一作者。熊志奇研究員、陳萬(wàn)金教授、程學(xué)文副研究員為共同通迅作者。福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院王檸教授、中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心劉靜宇和楊輝研究員為該研究提供了大力支持和指導(dǎo)?？哲娷娽t(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院郭俊主任、貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院賀電和劉瑛主任、希望組生物科技公司操振華、魯兵利提供了部分臨床樣本。腦智中心和臨港實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)物、光學(xué)和分子平臺(tái)的同仁，以及相關(guān)研究組的同學(xué)與同事為該工作提供了重要支持。本項(xiàng)目受到科技部2030-腦科學(xué)重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省科委和衛(wèi)健委、上海市科委和臨港實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)資助。