东方时讯网研究蜥蜴和鱼类等动物如何再生受损组织的杜克大学科学家团队已经证明了控制基因活动以响应损伤的能力，将其限制在特定的组织区域和规定的时间窗口内，而不是持续活跃整个器官。他们的基因治疗方法利用斑马鱼组织再生增强子元件(TREE)，使用腺相关病毒(AAV)载体系统地递送，以指导心脏损伤小鼠模型中的基因表达，并改善心脏功能。
由杜克大学医学院JamesB.Duke再生生物学特聘教授KenPoss博士领导的杜克大学团队在题为“Anenhancer-basedgene-therapy”的论文中报告了他们在CellStemCell方面的进展组织修复过程中货物时空控制策略。”在他们的论文中，该团队得出结论，“重要的是，当TREE作为基因治疗模块用于小鼠全身递送的重组AAV载体时，表现出特异性和有效性，包括定位心源性事件和改善心脏功能的能力……我们的研究提供了基础用于改善疾病环境中组织修复的新基因治疗方法。”
如果人类能够像蜥蜴和鱼一样再生受损组织，就需要在时间和地点精确控制基因表达——以防止随机细胞到处生长或创造一个永不停止生长的新身体部位.因此，停止再生过程与启动再生过程一样重要。但是，正如作者所解释的那样，“针对组织损伤等适应症的基因治疗策略的有效性和安全性取决于精确度;然而，目前的方法几乎无法对有效载荷传递进行空间或时间控制……将基因表达限制在组织的子区域并建立时间表达窗口的能力是基因治疗尚未实现的优先目标。”
二十年前Poss在斑马鱼身上发现了心脏再生，并从那以后一直在研究它。对于新报告的研究，该团队利用斑马鱼TREE元素，基因增强子负责感知损伤并协调修复相关基因的活动以在特定位置进行重建。重要的是，这些增强子还可以在愈合完成时关闭基因活性。“对斑马鱼的研究已经确定了组织再生增强因子或TREE，它们可以在损伤部位激活其靶基因的表达，在再生过程中保持表达，并在再生结束时减少表达，”该团队继续说道。大约1,000个核苷酸长的TREE增强子序列充满了不同因子和刺激物的识别位点，以附着和改变基因活性。
这些调节元件已在果蝇、蠕虫、小鼠以及斑马鱼中发现。“我们可能也有它们，”Poss补充道，“但我们更容易在斑马鱼中找到它们，并询问它们是否适用于哺乳动物。”
动物体内不同的细胞类型也有不同类型的这些增强子。“其中一些在多种组织中都有反应——这些就是我们在这里使用的组织，”Poss指出。“但是当我们分析鱼的再生脊髓或鳍时，我们得到不同的序列。”他补充说，人类基因组中可能有数以万计的此类增强子。
作为他们为期6年的研究项目的第一步，研究人员将几种不同种类的斑马鱼树纳入胚胎小鼠的基因组。他们使用可见标记来指示基因活性，发现大约一半的增强子按预期工作，并在它们感知到转基因哺乳动物组织损伤的时间和地点将组织变成蓝色。“我们测试的六种斑马鱼树中的三种……在受伤的老鼠身上诱导了报告基因的表达，”科学家们写道。
该团队接下来想知道他们是否可以使用腺相关病毒载体选择性地将增强子元件整合到成年小鼠中，腺相关病毒载体是一种熟悉的基因治疗工具，用于将基因序列引入细胞。该载体将含有增强子的DNA引入所有组织，但希望TREE只会在对损伤作出反应时变得活跃。
在小鼠心脏病模型中进行的一系列实验表明，携带TREE的AAV载体可以在受伤前一周进行输注，然后增强子会在检测到受伤时立即开始行动。但研究人员发现，在心脏病发作后一两天将其引入动物体内时，它也会起作用。“如果在受伤一天或有时更长时间后交付，我们测试的所有三种TREE都可能有效——它们仍然可以针对损伤表达，”Poss说。“这种传递TREE和基因的方法是否能让我们在正确的时间将分子货物运送到正确的地方?我们发现它在老鼠身上确实如此。”
他们还使用病毒载体在猪体内传递TREE和荧光标记基因，猪的心脏更大，心率更接近人类。他们在心脏病发作之前或之后通过冠状动脉将构建体注入猪心脏，并且标记仅在受伤部位发光。“这些发现表明，斑马鱼TREE具有广泛的跨物种效应，并且能够将基因表达靶向大型哺乳动物的心脏损伤部位，”Poss及其同事报告说。
接下来，为了了解这个系统是否真的可以修复损伤，而不是仅仅感知损伤并打开一个基因来点亮组织，研究人员提供了一种过度激活的YAP形式，这是一种与癌症有关的强大的组织生长基因。关键问题是，是否可以将这种可以使细胞分裂失常的“真正强大的锤子”套索到只在正确的时间和地点工作。
在他们研究的这个阶段，该团队使用了由TREE控制的突变YAP，以评估它们是否可以在小鼠心脏病发作后触发肌肉的安全生长。“TREE在受伤部位打开了一个突变的YAP几周，然后它自然地关闭了表达，”Poss说。这种治疗导致心肌细胞——心肌细胞——开始分裂，几周后老鼠的心脏恢复了接近正常的功能，但也有一些疤痕。“静脉内
交付了用TREE设计的重组AAV载体，以指导组成型活跃的YAP因子，提高了小鼠心脏再生的指标，并改善了受伤心脏的功能，”该团队表示。
“你真的不想全力表达YAP，这会导致过度生长等问题，但我们发现我们可以引导它，”Poss进一步指出。“整只动物都接受了基因治疗，但YAP货物只会在你伤害心脏的时间和地点以可测量的水平表达。我们认为我们可以使用这些方法在特定时间和特定空间内控制基因，包括关闭它们。”
在报告他们的研究时，该团队得出结论：“总的来说，我们的研究结果表明，存在于系统递送病毒载体中的斑马鱼TREE可以引导已知的促再生因子表达到损伤部位，选择性地促进CM再生指标，并导致心脏功能的可测量改善”
研究人员的下一个任务是更好地了解哪些分子与增强子结合，是什么控制了它们的功能，以及它们在人类基因组中的位置，以及提高它们的靶向能力。“这些控制元素很重要，”Poss说。“斑马鱼的基因与我们基本相同，但它们再生心脏的能力取决于它们在遭受严重损伤后如何控制这些基因……那么其他损伤模型呢?这对创伤性脑损伤或脊髓损伤有效吗?”
作者进一步指出，“正如我们在此报告的那样，TREE监管要素包含短序列中的自然指令，以监测损伤并动态控制哺乳动物损伤情况下的给药量、范围和持续时间。TREE指令可以通过脉管系统无创地传递，简化了目前对心脏等组织存在问题的传递方法