糖脂代谢紊乱疾病灵长类动物模型构建与DNA/RNA编辑介导的基因治疗方法开发

With the improvement of living standards, chronic diseases such as obesity and cardiovascular disease, have become the primary health problems afflicting more and more people, and these diseases often lead to numerous complications that make a single drug treatment difficult to cure the underlying disease. Since rodents and human have large differences regarding genetics, physiology and metabolism, macaques as non-human primate, which have closer affinity and higher similarity of physiological metabolic mechanism to human, could serve as better model for human diseases. Therefore, the results based on macaques models could better guide the treatment of human related diseases. The purpose of this study was to generate leptin knockout monkey to model obesity and cardiovascular disease using CRISPR-mediated gene editing technique. On one hand, we will explore new pathological mechanism by comparing rodent and primate leptin knockout models. On the other hand, a PCSK9 inhibition method based on DNA/RNA editing technique by CRISPR will be developed on the macaque model to intervene in obesity and cardiovascular disease.

随着生活水平的提高，肥胖和心血管等慢性疾病已经成为困扰越来越多人的首要健康问题，而且这些疾病往往会导致众多的并发症，从而使得单一的药物治疗难以解决根本病症。传统的大小鼠模型由于与人的遗传、生理、代谢方面存在较大差异，而食蟹猴与人同属灵长类，两者具有更近的亲缘关系和相似性更高的生理代谢机制，因此，基于猕猴的研究结果将能更好地指导人类相关疾病的治疗。本研究旨在利用CRISPR介导的基因编辑技术构建leptin基因突变导致的糖脂代谢紊乱疾病的灵长类动物模型，一方面结合啮齿和灵长类动物模型探索新的发病机制，另一方面在猕猴模型上开发基于RNA编辑技术抑制PCSK9的方法来干预肥胖和心血管疾病。

基于CRISPR/Cas基因编辑技术的疾病基因疗法有非常广阔的前景，理论上其可以从基因层面彻底治愈疾病，然而，目前基因编辑技术真正广泛应用于临床治疗还存在两方面的障碍，一是基因编辑技术的脱靶问题，另一个是基因编辑工具的体内递送效率问题。CRISPR技术自问世以来，虽已经过了多轮的迭代与更新，但寻找兼具高编辑活性、低脱靶活性和小巧易递送的基因编辑工具一直是领域内追逐的热点。在本计划资助下，项目对CRISPR DNA和RNA编辑技术进行了一系列开发和优化，取得了一批原创性成果，为CRISPR技术从基础研究走向临床应用奠定了基础。本项目开发了显著提高胞嘧啶碱基编辑效率的新一代碱基编辑器，并对CRISPR RNA编辑系统进行了深入的开发。CRISPR RNA编辑系统不引起DNA双链断裂，且具有可逆性，在对代谢性疾病的成体治疗中具有独特优势。然而，以Cas13为代表的现有CRISPR RNA编辑系统的尺寸较大，限制了RNA编辑工具的体内递送效率；另一方面，Cas13蛋白存在广泛的旁切活性，阻碍了RNA基因疗法的在体应用。开发具有更小尺寸且无旁切活性的Cas13蛋白是该领域亟待解决的问题。本项目通过宏基因组数据挖掘，筛选鉴定了更小尺寸的Cas13蛋白，并通过建立简单灵敏的Cas13突变体筛选平台，获得了高效且无旁切活性的Cas13蛋白，推动了RNA基因疗法应用于成体代谢性疾病和其他罕见遗传疾病如耳聋等的治疗。