利用基因修饰间充质干细胞提高β氨基己糖苷酶A的活性

doi:10.4103/1673-5374.375328

摘要/Abstract

摘要：

GM2神经节苷脂沉积症是一组常染色体隐性溶酶体储存疾病，其是由于溶酶体酶β氨基己糖苷酶A（HexA）缺乏导致的，该酶负责GM2神经节苷脂的降解。HexA缺乏导致GM2神经节苷脂在神经细胞中积累，导致严重的神经退行性改变和神经炎症。细胞介导的基因疗法被认为是治疗GM2神经节苷脂沉积症的一种有希望的方法。实验评估了基因修饰间充质干细胞MSCs-HEXA-HEXB在GM 2神经节苷脂沉积症B型Tay-Sachs病（TSD）患者细胞中减轻HexA缺乏的能力，并分析了MSCs在体内的功能和生物分布。与MSCs-HEXA-HEXB相互作用后，突变体MSCs显示了HexA缺失交叉校正的有效性。动物体内实验结果还显示，MSCs-HEXA-HEXB表达有功能活性的HexA酶，而且静脉注射细胞不会引起动物的免疫反应。此实验证实了基因修饰间充质干细胞有治疗GM2神经节苷脂沉积症的潜力。

http://orcid.org/0000-0002-9427-5739 (Albert A. Rizvanov)

Abstract: GM2 gangliosidoses are a group of autosomal-recessive lysosomal storage disorders. These diseases result from a deficiency of lysosomal enzyme β-hexosaminidase A (HexA), which is responsible for GM2 ganglioside degradation. HexA deficiency causes the accumulation of GM2-gangliosides mainly in the nervous system cells, leading to severe progressive neurodegeneration and neuroinflammation. To date, there is no treatment for these diseases. Cell-mediated gene therapy is considered a promising treatment for GM2 gangliosidoses. This study aimed to evaluate the ability of genetically modified mesenchymal stem cells (MSCs-HEXA-HEXB) to restore HexA deficiency in Tay-Sachs disease patient cells, as well as to analyze the functionality and biodistribution of MSCs in vivo. The effectiveness of HexA deficiency cross-correction was shown in mutant MSCs upon interaction with MSCs-HEXA-HEXB. The results also showed that the MSCs-HEXA-HEXB express the functionally active HexA enzyme, detectable in vivo, and intravenous injection of the cells does not cause an immune response in animals. These data suggest that genetically modified mesenchymal stem cells have the potentials to treat GM2 gangliosidoses.

Key words: adeno-associated viral vectors, cell therapy, cell-mediated gene therapy, gene therapy, GM2 gangliosidosis, Sandhoff disease, Tay-Sachs disease, β-hexosaminidase

. 利用基因修饰间充质干细胞提高β氨基己糖苷酶A的活性[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(1): 212-219.

Alisa A. Shaimardanova, Daria S. Chulpanova, Valeriya V. Solovуeva, Shaza S. Issa, Aysilu I. Mullagulova, Angelina A. Titova, Yana O. Mukhamedshina, Anna V. Timofeeva, Alexander M. Aimaletdinov, Islam R. Nigmetzyanov, Albert A. Rizvanov. Increasing β-hexosaminidase A activity using genetically modified mesenchymal stem cells[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(1): 212-219.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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延伸阅读

NRR：俄罗斯学者认为基因修饰间充质干细胞有治疗GM2神经节苷脂沉积症的潜力

GM2神经节苷脂沉积症是一组常染色体隐性溶酶体储存疾病，其是由于溶酶体酶β氨基己糖苷酶A（HexA）缺乏导致的，该酶负责GM2神经节苷脂的降解。HexA缺乏导致GM2神经节苷脂在神经细胞中积累，导致严重的神经退行性改变和神经炎症。到目前为止，还未找令人满意的治疗GM2神经节苷脂沉积症的方法。酶替代疗法和底物减少疗法等技术已被证明在一些GM2神经节苷脂沉积症的治疗中是有效的。然而，由于该病影响神经系统，这2种治疗方法（酶替代疗法和底物还原疗法）被认为不够高效，最主要的原因在于血脑屏障阻碍了系统施用的治疗分子渗透到神经系统。另一种相对有效的治疗GM2神经节苷脂沉积症的方法是骨髓移植或脐带血细胞移植（UCBCT）。然而，骨髓移植和UCBCT疗法还不能阻止GM2神经节苷脂沉积症发生的神经变性，而只是暂时缓解一些疾病症状。

基因治疗被认为是治疗GM2神经节苷脂沉积症的一种有希望的方法。使用病毒载体对细胞进行修饰，可在神经系统中稳定表达缺失的蛋白质。通常情况下，中枢神经系统导向的病毒介导的基因治疗牵涉到脑内、脑室内和鞘内给药的病毒。这种给药方法可能伴随着某些风险和弊端，其中最重要的是生物分布不足。对于以神经系统广泛损伤为特征的疾病，基因及其产物的广泛分布是一个基本要求，这就需要多次注射的需要。同时，这些干预的高侵入性也是限制其在临床实践中应用的一个因素。此外，由于即使是与低免疫原性相关的载体（如腺相关病毒（AAV））也能够诱导体液和细胞免疫反应，这可能会大大影响基因治疗的结果。一些病毒载体由于整合到基因组中，还可能导致受体细胞的插入性突变。

直接基因治疗的另一种方法是细胞介导的基因治疗，它涉及注射过度表达缺失酶的基因修饰细胞。简而言之，在这种方法中，由转基因供体细胞分泌的功能性酶被常驻的酶缺陷细胞所吸收。这种类型的治疗能够使缺失的酶在整个神经系统中均匀分布，因为干细胞，如间充质干细胞（MSCs），能够跨越血脑屏障，迁移到中枢神经系统，并能成为缺失酶的稳定来源。

俄罗斯喀山联邦大学(Kazan Federal University)的 Albert A. Rizvanov等在《中国神经再生研究(英文版)》 (Neural Regeneration Research)2024年第1期上发表的最新研究显示，通过与hMSCs-HEXA-HEXB共同培养，从TSD患者中分离出来的mutMSCs可以有效地进行HexA缺陷交叉校正。静脉注射rMSCs-HEXA-HEXB导致大鼠血浆和器官（包括大脑和脊髓）中HexA酶水平的增加，而没有引起实验动物的免疫反应或器官损伤。从而说明基因修饰间充质干细胞有治疗GM2神经节苷脂沉积症是安全有效的，有用于治疗该病的潜力。