AAV 基因疗法改善唐氏综合征小鼠模型的认知缺陷

唐氏综合征（Down syndrome，DS），又称 21 三体综合征，是由 21 号染色体异常引起的出生缺陷类疾病。DS 是人群中发病率较高的一类遗传疾病，约为 1/800。智力障碍、特殊面容、生长发育迟缓等是 DS 主要的临床表征，此外，可能还会导致造血功能紊乱等健康问题。目前，针对 DS 尚无有效药物治疗，能有效避免此类疾病发生的方法即为孕妈妈生产前终止妊娠。
中枢神经系统氯离子浓度（[Cl-]i）的动态平衡对于神经元的发育和成熟至关重要。而胞内 [Cl-]i稳态异常可导致包括 DS、亨廷顿症、自闭症、Rett 综合征、脆性 X 综合征等一系列的神经系统疾病。在神经元内，K-Cl 协同转运蛋白（potassium-chloride cotransporter-2，KCC2）调控 Cl-由胞内向胞外的转运过程，起到降低神经元胞内 [Cl-]i的作用，Na-K-2Cl−协同转运蛋白（sodium-potassium-chloride cotransporter-1，NKCC1）则促进 Cl-从胞外进入胞内，起到增高 [Cl-]i的作用。
布美他尼（Bumеtanide）是一种强效利尿剂，通过抑制 NKCC1 来达到利尿的作用，目前，已有报道研究发现在啮齿类动物疾病模型中，布美他尼可以有效改善相关神经系统疾病的病理特征和表型。然而，其具体的作用机制与 GABA 能信号传递以及脑部损伤的改善之间的直接联系目前尚不明朗。
作为开发 DS 基因疗法的一步，作者首先在体外验证 NKCC1 分子靶点的有效性。借助慢病毒载体介导的 RNAi 技术在原代神经元中降低 NKCC1 的表达，发现在 Ts65Dn 神经元中，NKCC1 基因敲低可以显著降低 [Cl-]i。随后，在原代神经元和脑片中，借助膜片钳和 MEA 记录发现 NKCC1 敲低可改善培养的 Ts65Dn 神经元中 GABA 能信号的改变，恢复 Ts65Dn 神经元相关的网络动力学。然后，在 Ts65Dn 小鼠海马中注射 AAV 病毒载体介导的 RNAi 技术降低 NKCC1 的表达，发现小鼠认知缺陷得到了改善。该研究成果揭示了 NKCC1 表达与 DS 小鼠行为异常之间的机制联系，为唐氏综合征的基因治疗方法的发展奠定了基础。
本文通过 AAV 基因疗法改善了唐氏综合征小鼠模型的认知缺陷，随着生物技术发展及“中国脑计划”等国家发展的重大需求，以脑高级功能解析，脑重大疾病机制、转化神经科学等研究方向的研究深入，基因治疗（Gene Therapy）也成为较为火热的研究领域，然而，相较于细胞治疗在疾病领域的快速发展，针对神经系统疾病的基因治疗仍多数停留在临床前阶段。因此，如何将神经科学基础研究所取得成果转化为可以造福于患者的药物，也是当前神经科学研究需要解决的问题。