小鼠模型在漸凍癥研究中的應(yīng)用

什么是“漸凍癥？”
 
漸凍癥又稱肌萎縮側(cè)索硬化癥（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS），是一種以上、下運動神經(jīng)元變性為特征的致死性疾病。它是最常見的成人運動神經(jīng)元疾病，發(fā)病率為5/100000。患者可表現(xiàn)為進行性癱瘓、呼吸衰竭，并在2-5年內(nèi)死亡。
 
ALS的發(fā)病機制尚不完全清楚。大約10%的病例為由遺傳因素導(dǎo)致的家族性ALS，其余病例則是由多種基因和環(huán)境因素共同作用引起的散發(fā)性ALS。目前已知30余種ALS風(fēng)險基因，其中最常見的風(fēng)險基因為SOD1（Superoxide dismutase 1）、TARDBP（TAR DNA-binding protein）、FUS（Fused in sarcoma）和C9orf72（Chromosome 9 open reading frame 72）。60%的家族性ALS和10%的散發(fā)性ALS患者中，均發(fā)現(xiàn)上述四種基因的突變，它們也成為了科學(xué)研究及藥物研發(fā)的重點。
 
 
“漸凍癥”藥物研發(fā)現(xiàn)狀
 
正因為導(dǎo)致ALS的原因眾多，其患者在發(fā)病年齡、運動神經(jīng)元損傷程度、非運動癥狀（如認知障礙）及受影響最嚴重的身體區(qū)域等方面的臨床表現(xiàn)各不相同，這也給治療帶來了挑戰(zhàn)。雖然FDA已批準利魯唑、依達拉奉、AMX0035（商品名：RELYVRIO）和Tofersen（商品名：Qalsody）四種藥物用于ALS治療，遺憾的是，尚無治愈肌萎縮側(cè)索硬化癥的藥物。
 
 
13000
杰克森實驗室一直致力于為改善人類健康這一共同訴求做出貢獻，目前可為全球提供超過13,000個遺傳背景明確的精準小鼠模型。
 
正如大文豪雨果所言：  
杰克森實驗室目前已有多種ALS小鼠模型被用于藥物研發(fā)的臨床前研究，希望不久的將來這些藥物能用于治療甚至治愈ALS，“融化”漸凍癥患者。
 
接下來，讓我們一起來看看這些用于研究的ALS小鼠模型吧！
 
 
1  SOD1

SOD1基因是首個被發(fā)現(xiàn)的家族性ALS致病基因，占所有ALS病例的20%。目前學(xué)界觀點認為，SOD1突變導(dǎo)致ALS的原因并非過氧化物清除的減少，而是異常折疊SOD1蛋白的聚積。
 
Tofersen（商品名：Qalsody）是一種反義寡聚核苷酸（antisense oligonucleotides, ASO）藥物，可與SOD1 mRNA結(jié)合，從而減少SOD1蛋白的產(chǎn)生。Tofersen的臨床前研究中使用了表達人源SOD1突變體（93位甘氨酸突變?yōu)楸�氨酸）的SOD1-G93A小鼠B6.Cg-Tg(SOD1*G93A)1Gur/J （#004435）。腦室給予Tofersen后，SOD1-G93A小鼠運動神經(jīng)元傳導(dǎo)率、肌肉損傷情況及小鼠平均存活率均有所改善。在今年4月25日，美國FDA已通過加速審批通道批準Tofersen用于治療SOD1-ALS。
 
除此之外，杰克森實驗室還提供C57BL/6J和SJL/J混合遺傳背景（#002726）、FVB/NJ同源遺傳背景（#013199）的SOD1-G93A轉(zhuǎn)基因小鼠。
 
 
2  TARDBP

TARDBP編碼TDP-43蛋白。在ALS動物模型及患者中均觀察到TDP-43蛋白的聚積。
 
BIIB105是Biogen公司根據(jù)Atxn2基因設(shè)計的ASO。選取Ataxin-2進行藥物設(shè)計的原因有2點：（1）攜帶Atxn2多谷氨酸擴增可增加患ALS風(fēng)險;（2）Ataxin-2可促進TDP-43蛋白的聚積。
  
在該藥物的研發(fā)過程中使用了C57BL/6J和SJL/J混合遺傳背景的 TDP-43轉(zhuǎn)基因小鼠 B6;SJL-Tg(Thy1-TARDBP)4Singh/J（#012836）。該小鼠中，人TARDBP基因由Thy1啟動子啟動表達，可用于研究TDP-43聚積相關(guān)疾病，例如ALS和額額顳葉變性（Frontotemporal lobar degeneration, FTLD）。在臨床前研究中，單次腦室內(nèi)給予Atxn2 ASO后，TDP-43轉(zhuǎn)基因小鼠的中位生存時間及運動表現(xiàn)均顯著改善。目前該藥物正在進行臨床試驗，預(yù)計2026年完成（NCT04494256）。
 
Stealth BioTherapeutics則關(guān)注于另一種名為SBT-272的藥物。在已有的動物研究中，研究人員則使用了表達人源TDP43突變體（315位丙氨酸突變?yōu)樘K氨酸）的轉(zhuǎn)基因小鼠B6.Cg-Tg(Prnp-TARDBP*A315T)95Balo/J（#010700）。從P60開始每日腹腔注射給予小分子藥物SBT-272，可顯著改善線粒體結(jié)構(gòu)和功能，并減少TDP-43蛋白的聚積。目前該公司正考慮開展SBT-272的1期臨床研究。
 
 
3  C9orf72
 
C9orf72重復(fù)序列位于非編碼區(qū)，由擴增的GGGGCC六堿基重復(fù)序列組成。健康個體通常攜帶少于30個重復(fù)序列，而C9orf72突變相關(guān)疾病的患者則攜帶由數(shù)百到數(shù)千個重復(fù)序列。
 
WVE-004是一種針對C9orf72突變設(shè)計的ASO。在臨床前研究中，研究者使用C57BL/6J-Tg(C9orf72_i3)112Lutzy/J （#023099）小鼠評估其藥效。該小鼠具有多個人C9orf72基因的串聯(lián)拷貝，每個轉(zhuǎn)基因拷貝包含100-1000個六堿基重復(fù)序列。在三月齡時該小鼠腦神經(jīng)元中可觀察到由人源C9ORF72 RNA形成的RNA團簇，以及二肽重復(fù)蛋白。在臨床前研究中，WVE-004可有效減少含有重復(fù)序列的C9orf72轉(zhuǎn)錄本以及異常蛋白，同時可保護神經(jīng)元免受谷氨酸所致神經(jīng)毒性損傷。但遺憾的是，在1b/2a期臨床研究中未能觀察到臨床益處。因此WAVE公司于今年5月23日宣布停止WVE-004的開發(fā)。
 
除了新藥開發(fā)外，研究者也試圖通過“老藥新用”的方式尋求新的ALS治療機會。研究者使用C9-500 BAC轉(zhuǎn)基因小鼠FVB/NJ-Tg(C9orf72)500Lpwr/J (#029099)評估二甲雙胍治療ALS的可能性。該轉(zhuǎn)基因小鼠同樣具有多個人C9orf72基因六堿基重復(fù)序列（約500個）。研究者發(fā)現(xiàn)飲水中添加二甲雙胍后，C9-500 BAC轉(zhuǎn)基因小鼠的病理學(xué)及行為表現(xiàn)均獲得改善。臨床試驗正在進行中，預(yù)計2024年完成（NCT04220021）。
 
 
杰克森實驗室目前可提供120余種小鼠模型用于ALS研究，希望這些小鼠模型能為探究人類疾病及改善人類健康做出貢獻。

您也可以聯(lián)系杰克森實驗室以獲取更多技術(shù)及信息支持（郵箱：micetech@jax.org.cn, 電話：400-001-2626）。
 
 
參考文獻
[1].    Ito D. “Promise of Nucleic Acid Therapeutics for Amyotrophic Lateral Sclerosis”. Annals of Neurology. 2022 Jan;91(1):13-20. doi: 10.1002/ana.26259.
[2].    FDA approves treatment of amyotrophic lateral sclerosis associated with a mutation in the SOD1 gene | FDA
[3].    Mullard A. “Hotly anticipated ALS drug could pave way for more brain treatments”. Nature. 2023 Apr 17. doi: 10.1038/d41586-023-01039-4. 
[4].    McCampbell A et al. “Antisense oligonucleotides extend survival and reverse decrement in muscle response in ALS models”. Journal of Clinical Investigation. 2018 Aug 1;128(8):3558-3567. doi: 10.1172/JCI99081
[5].    Becker LA et al. “Therapeutic reduction of ataxin-2 extends lifespan and reduces pathology in TDP-43 mice”. Nature. 2017 Apr 20;544(7650):367-371. doi: 10.1038/nature22038.
[6].    Gautam M et al. “SBT-272 improves TDP-43 pathology in ALS upper motor neurons by modulating mitochondrial integrity, motility, and function”. Neurobiology of Disease. 2023 Mar;178:106022. doi: 10.1016/j.nbd.2023.106022.
[7].    Liu Y et al. “Variant-selective stereopure oligonucleotides protect against pathologies associated with C9orf72-repeat expansion in preclinical models”. Nature Communication. 2021 Feb 8;12(1):847. doi: 10.1038/s41467-021-21112-8.
[8].    Liu Y et al. “Preclinical evaluation of WVE-004, an investigational stereopure oligonucleotide for the treatment of C9orf72-associated ALS or FTD”. Molecular Therapy. Nucleic Acids. 2022 Apr 20;28:558-570. doi: 10.1016/j.omtn.2022.04.007.
[9].    Zu T et al. “Metformin inhibits RAN translation through PKR pathway and mitigates disease in C9orf72 ALS/FTD mice”. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Aug 4;117(31):18591-18599. doi: 10.1073/pnas.2005748117.