Однокомбінована генна терапія лікує безліч вікових захворювань PNAS
Автор: Джордж М. Черч, 20 серпня 2019 р. (Надіслано на огляд 20 червня 2019 р .; переглянуто Обрі де Грей та Жоао Педро Магалхаесом)
Ця стаття має виправлення. Дивіться:
Значимість
Тривалість життя людей і тварин безпосередньо пов’язана із станом здоров’я. Хоча попередні дослідження дали докази, що підтверджують цей зв’язок, терапевтичне впровадження цих знань було обмеженим. Традиційно хвороби досліджуються та лікуються індивідуально, що ігнорує взаємозв’язок вікових станів, вимагає багаторазового лікування не пов’язаних між собою речовин та збільшує накопичувальний ризик побічних ефектів. У цьому дослідженні ми розглядаємо та долаємо цей глухий кут шляхом створення генетичних методів лікування старіння на основі аденоасоційованих вірусів (AAV) для одночасного лікування кількох вікових захворювань. Ми демонструємо модульну та розширювану природу комбінованої генної терапії, випробовуючи терапевтичні коктейлі AAV, які стикаються з багатьма захворюваннями в одному лікуванні. Ми спостерігали, що 1 лікування, що включає 2 генетичні терапії AAV, було ефективним проти всіх 4 захворювань.
Анотація
У цій роботі ми розробили та протестували 3 генні терапії на основі AAV та вводили їх дорослим нетрансгенним мишам для лікування 4 вікових захворювань. 3 генами, що брали участь у цих терапіях, були фактор росту фібробластів 21 (FGF21), αKlotho та трансформуючий фактор росту-β1 (TGFβ1). Ці 3 гени були обрані завдяки їхній відомій корисній ролі у старінні та специфічних станах хвороби (4 ⇓ –6). FGF21 та αKlotho є циркулюючими факторами, що виробляються печінкою та нирками, відповідно (5, 13 ⇓ –15), а TGFβ1 є секретованим фактором, експресія якого не обмежується певним органом (16). FGF21 визначив ролі в обміні речовин та обробці глюкози (17), αKlotho - відомий регулятор внутрішньоклітинного кальцію та забезпечує захист при патологіях серця та нирок (18, 19), а сигналізація TGFβ1 відіграє важливу роль у віковій гіпертрофічній кардіоміопатії, імунній вербування та формування позаклітинного матриксу (20). Хоча ці 3 гени відіграють відому роль у різних стадіях захворювання, пов'язаних з віком, залишається невідомим, чи може їх одночасне збурення забезпечити адитивний, синергетичний або шкідливий фенотип при будь-якому даному захворюванні.
Результати
Ми обрали AAV як метод доставки генної терапії завдяки його безпеці, низькій імуногенності, простоті виготовлення, здатності заражати клітини, що діляться та не діляться, та зростаючій кількості успішних клінічних випробувань на людях (21 ⇓ –23). Ми розпочали із створення 3 окремих векторів AAV8 для надмірного вираження миші FGF21, розчинної форми миші, що трансформує фактор росту-β-рецептора 2 (sTGFβR2), який зв'язує та пригнічує TGFβ1 (24), та миші α Клото (Методи та додаток SI, рис. S1A) . Серотип AAV8 був обраний вектором доставки через його високий рівень зараження печінки (25), органу, добре відомого своєю здатністю виробляти високий рівень секретованих білків (26) та природної тканини для ендогенної експресії FGF21 (4) . Після генерації та ін'єкції кожного вірусу ми підтвердили надмірну експресію відповідних трансгенів безпосередньо або з їх подальшого впливу в плазмі миші, використовуючи імуноферментний аналіз (ELISA) та вестерн-блот (Методи та додаток SI, рис. S1 B – D) і виявили до 17-кратного збільшення FGF21, 95% зменшення циркулюючого TGFβ1 та збільшення ∼10 × циркулюючого αKlotho. Ми також проводили повний розтин мишей, яким вводили нашу терапію, і не було зафіксовано жодних значущих патологічних результатів, що свідчить про відсутність шкідливих наслідків порівняно з контрольними мишами.
Системна доставка AAV комбінованої генної терапії змінює симптоми діабету для мишей на HFD. (A) GTT мишей голодували протягом ночі протягом 8 год. Глюкоза в крові вимірюється через 0, 15, 30, 60 та 120 хв після перорального введення 50 мг глюкози. (B) Площа під кривою (AUC) GTT. (C) ІТТ мишей голодували протягом 6 год. Глюкоза в крові вимірюється через 0, 15, 30, 60 та 120 хв після підшкірної ін’єкції 0,5 МО/кг інсуліну. (D) AUC ITT. (E) HOMA-IR. (F) HOMA-β. (G) Вимірювання інсуліну натще у мишей, які голодували протягом 8 годин протягом ночі перед GTT. n = 10 для мишей AAV: GFP ND та n = 12 для мишей AAV: GFP та AAV: FFF21 HFD. Статистичні тести в B та D – G є односторонніми ANOVA. Смужки помилок представляють SEM. С, контроль; F, FGF21; K, αKlotho; Т, sTGFβR2; TF, sTGFβR2 + FGF21; TFK, sTGFβR2 + FGF21 + αKlotho; TK, sTGFβR2 + αKlotho; FK, FGF21 + αKlotho. * P † P ⇓ ⇓ –43). Третя модель захворювання, що застосовується для оцінки одноразової та комбінованої терапії, використовувала односторонню обструкцію сечоводу (UUO), усталений спосіб моделювання прогресуючого фіброзу нирок, що є особливістю ниркової хвороби (44). Ми вводили мишам одноразові та комбіновані генні терапії за 1 тиждень до індукції захворювання за допомогою UUO, а нирки збирали та аналізували на фіброз та реконструювали 1 тиждень після процедури UUO. Зображення цілих нирок, пофарбовані трихромовою плямою Массона (MTS), показали, що надмірна експресія αKlotho змогла запобігти погіршенню стану ниркового мозку та витонченню кори нирок порівняно з контролем (рис. 3 А і В). Дивно, але найбільше пом'якшення медулярної атрофії відбулося завдяки поєднанню AAV: sTGFβR2 та AAV: FGF21, яке значно ефективніше, ніж AAV: αKlotho, у запобіганні нирковій медулярній атрофії, лише 6,4% атрофії порівняно з 22,5% відповідно (P † P