构建PAH基因新突变小鼠模型开展苯丙酮尿症基因治疗研究

Phenylketonuria is the most prevalent disorder caused by an inborn error in amino acid metabolism, characterized by mutations of the phenylalanine hydroxylase (PAH) gene. PAH deficiency leads to increased concentrations of phenylalanine in the blood and toxic concentrations in the brain, associating with progressive and irreversible intellectual impairment. Dietary restriction of phenylalanine is the first choice of treatment but the special food is expensive with bad taste. Restoration of the mutated PAH gene through gene therapy is an active field of preclinical studies for curing PKU. In this proposal, we are planning to generate a PAH point mutant knock-in mouse model to mimic R408W mutation which is the most common variation found in patients. Moreover, we will correct the Pah point mutation in live mouse liver which is the major site of PAH functioning through Cas9-mediated genome editing. Through this study, we will explore the feasibility of in situ correction of PAH gene to ameliorate PKU.

苯丙酮尿症（PKU）是最常见的氨基酸代谢障碍性遗传疾病之一。绝大多数PKU患者是由于苯丙氨酸羟化酶（PAH）基因单碱基突变而导致其活性降低或者丧失，使患者体内苯丙氨酸不能正常代谢而出现高苯丙氨酸血症，引起智力发育落后、行为异常等临床表现，严重影响家庭和谐，造成巨大的社会负担。目前对于PKU的治疗方法仍然主要是通过严格控制饮食降低苯丙氨酸摄入将苯丙氨酸血液浓度控制在理想范围。针对PKU的基因治疗研究有望从根本上治愈疾病一直是研究的热点，同时也是难点。本课题拟利用Cas9技术针对患者PAH基因最常见的R408W突变构建模拟人类突变的新的PKU小鼠模型，鉴定该位点突变的小鼠表型并与病人症状进行比较。通过腺病毒、腺相关病毒介导的Cas9基因编辑技术，尝试不同治疗策略和修复方法在活体小鼠中进行突变PAH基因的定点修复，开展PKU的基因治疗研究，为将来的临床应用提供可行性和有效性论证。

苯丙酮尿症（PKU）是最常见的氨基酸代谢障碍性遗传疾病之一。目前对于PKU的治疗方法仍然主要是通过严格控制饮食降低苯丙氨酸摄入将苯丙氨酸血液浓度控制在理想范围。针对PKU的基因治疗研究有望从根本上治愈疾病一直是研究的热点，同时也是难点。利用Cas9技术针对患者PAH基因最常见的R408W突变构建了模拟人类突变的新的PKU小鼠模型，通过检测PAH蛋白的表达水平、血液苯丙氨酸浓度等指标，证明其能很好模拟人类PKU表现。通过AAV载体包装Cas9，sgRNA以及重组修复模板，对PAH点突变进行修复，虽然有一定程度的病情缓解，但是还无法根本改善。为了提高同源重组效率，本研究将AAV的受体AAVR与基因编辑系统共同表达，将PAH cDNA高效整合到PAH基因座，在mRNA水平达到了7%左右的整合效率，极大的改善了PAH小鼠的疾病表型。该研究通过AAVR共同递送，提高了基因编辑效率，特别是基因重组的效率，对于基因治疗有重要意义。本课题建立的PKU新模型，也受到了大家的关注，已经开始基于本模型的多项合作研究。在此项目的支持下，课题组创新性的优化了多种碱基编辑技术，在Nature Biotechnology和Nature Cell Biology等重要期刊发表相关论文。