Science advances进展｜AR亚型2基因治疗通过抑制AR的转录活性改善脊髓延髓肌萎缩症

编者按：

1. 临床样本中AR不同转录模式的表达

        研究人员通过将DHT处理的正常人和SBMA患者的多能干细胞定性分化为运动神经元，通过RNA测序，研究人员发现AR具有九种不同的转录模式，其中AR2是特殊的一类短转录本，在人脑中占比约17%。在人不同组织的cDNA微阵列中，研究人员发现AR2在雄激素响应的组织中表达最高。在非人灵长类动物中存在与AR2结构类似的AR45，染色质免疫共沉淀（ChIP）发现RNA聚合酶II与AR45的1b外显子结合，CRISPR-CAS9将AR45导入人成肌细胞中，发现AR45在细胞质和细胞核中均表达。

 

图1. SBMA患者来源干细胞分化成的运动神经元中存在AR2转录本
 

2. AR45调节AR的转录活性

        接着研究人员关注AR45对AR转录活性的影响，实验发现单独过表达AR45并不能影响AR的转录活性，但是AR和AR45同时存在的条件下，AR45可以降低AR的转录活性，并且AR45活性越高，对AR转录活性抑制越强。突变株AR45（AR45D-mut）或AR-12Q均能抑制AR45和AR的二聚化，进而增强AR的转录活性。GSEA（基因集富集分析）分析发现，降低AR45的功能可上调AR和雌激素反应相关功能。

 

图2.抑制AR45增强AR的转录活性并激活AR和雌激素相关信号通路

        进一步研究人员关注过表达AR45是否会影响AR的转录活性，通过CoIP（免疫共沉淀）实验发现，AR45能降低AR和转录调节因子BRD4（含溴代烷的蛋白质4）之间的结合，给予AR45或BRD4抑制剂JQ1均能抑制TRMRSS2、PSA和ERG的表达。说明AR和AR45组成的二聚体，能抑制AR相关基因的转录。
 

图3. AR45和AR形成二聚体抑制AR相关基因的转录

3. 系统性病毒递送AR45改善SBMA相关表型

        为了破坏AR和BRD4之间的结合，研究人员构建了AAV9-AR45病毒，通过静脉注射AAV9-AR45病毒6周后进行检测，发现AR45表达于骨骼肌细胞。行为学结果显示，注射AAV-AR45病毒之后，显著延长小鼠的存活时间，延迟SBMA开始发病的时间，降低SBMA导致的小鼠体重的降低，并增强小鼠的运动能力。
 

图4. 系统性病毒过表达AR45改善SBMA小鼠的行为学表现

4. AR45治疗恢复小鼠SBMA相关的病理特征

        为了进一步研究AR45治疗对SBMA病理特征的影响，在系统性给予AAV-AR45进行治疗之后，对腓肠肌组织进行HE染色及NADH染色，发现AAV-AR45治疗后能显著改善肌肉组织的结构，减少萎缩肌纤维、成角肌纤维，并增加肌纤维的横截面直径。
 

图5. 系统性病毒过表达AR45改善SBMA小鼠的病理特征
 

5. 系统性给予AR45进行治疗不会检测到明显的细胞毒性

        为了研究系统性AAV-AR45过表达病毒对生理功能的影响，研究人员通过细菌人工染色体技术（BAC技术），构建了轻度SBMA的转基因小鼠模型，该模型具有非常轻微的神经肌肉表型，且并不适用于SBMA疾病模型的研究。静脉注射AAV-AR45进行治疗之后，在骨骼肌、肝、脾等器官均能检测到AR45的表达，肝脏中F4/80表达的巨噬细胞的免疫浸润情况并不受AR45过表达的影响。并且在轻度SBMA小鼠的组织中观察到IL-1β和TNF-α的mRNA表达水平轻度增加。而在AAV-AR45进行治疗之后能减少体内的炎症反应，并且静脉注射AR45并不会导致小鼠的慢性炎症和组织纤维化。
 

图6. 系统性病毒过表达AR45并不会引起明显的细胞毒性
 

6.总结

        总而言之，本文研究人员运用iPSC技术获得SBMA患者的运动神经元，通过RNA测序、cDNA测序、ChIP和CoIP等分子生物学手段，发现AR45和AR形成二聚体可抑制AR的转录活性。采用基因治疗的方式，静脉注射AAV9-AR45可改善SBMA模型小鼠的行为学表现和病理特征，且并不会引起明显的细胞毒性。本文说明AR45可作为SBMA的治疗靶点，而采用基因治疗的方式过表达AR45对治疗SBMA有很好的疗效和安全性，提示基因疗法具有很好的临床转化价值。
 

图片来源：Science advances

原文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abi6896