《Metabolic Brain Disease》：Intrathecal delivery of AAVrh10-mHexa combined with anti-inflammatory treatment reduces neuropathological markers and extends the lifespan of mice with early-onset Tay-Sachs disease
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本研究针对由HEXA基因突变导致β-己糖胺酶A缺乏的溶酶体贮积症——泰-萨克斯病，评估了鞘内递送AAVrh10介导的小鼠Hexa基因联合伊曲茶碱（Istradefylline）治疗的潜力。在双基因敲除（DKO）小鼠模型中，该疗法提升了脑与内脏的Hexa酶活性，显著清除了GM2神经节苷脂积累，减轻了神经炎症，改善了神经元与少突胶质细胞状态，并提高了小鼠的运动能力与寿命，为治疗该疾病提供了一种前景广阔的策略。
在生命的神秘编码中，一个基因的微小错误可能引发一连串灾难性的后果。泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease）便是这样一种由单基因突变导致的遗传性悲剧。患者因编码β-己糖胺酶A（β-hexosaminidase A）α亚基的HEXA基因发生突变，导致一种名为GM2的神经节苷脂无法被正常分解，从而在神经元等细胞的溶酶体中大量堆积。这种“细胞垃圾”的累积最终导致严重的神经系统症状，如智力障碍、运动功能丧失、肌肉无力，患者通常在幼年时期不幸夭折。尽管科学家们长期努力，探索了酶替代疗法、底物减少疗法等多种策略，但能有效穿越血脑屏障、直达大脑病灶并带来根本性改善的治疗方法，仍然是医学界亟待攻克的堡垒。
基因治疗，特别是利用腺相关病毒（Adeno-associated virus, AAV）作为载体递送功能性基因，为这类疾病带来了新的曙光。AAV具有低免疫原性、可长期表达、能感染非分裂细胞等优点，是神经系统疾病基因治疗的理想“快递员”。其中，AAV血清型rh10（AAVrh10）对神经系统具有特殊的亲和力（嗜神经性），能高效转导神经元和少突胶质细胞。与此同时，越来越多的证据表明，在泰-萨克斯病等溶酶体贮积症中，GM2的堆积会引发强烈的神经炎症反应，加剧神经元的损伤。因此，在补充缺陷基因的同时，若能控制炎症，或许能产生“1+1>2”的协同治疗效果。伊曲茶碱（Istradefylline）作为一种A2A腺苷受体拮抗剂，在类似疾病模型中被证明具有抗炎作用，可减少小胶质细胞活化及促炎因子产生。
基于此，一个研究团队在《Metabolic Brain Disease》期刊上发表了一项开创性研究，他们尝试将这两种策略结合：通过鞘内注射（一种将药物直接注入脊髓蛛网膜下腔，从而使其弥散至整个中枢神经系统的方法）递送携带小鼠Hexa基因的AAVrh10病毒（AAVrh10-mHexa），并联合使用伊曲茶碱，在一种新型的、症状更严重的早发性泰-萨克斯病双基因敲除（DKO, Hexa-/-Neu3-/-）小鼠模型中，评估了其治疗潜力。他们想知道，这种“基因修复+抗炎”的组合拳，能否有效清除大脑中的“垃圾”GM2，平息神经炎症，挽救濒死的神经元，并最终延长这些患病小鼠短暂的生命？
为了回答这个核心问题，研究人员运用了一套多维度的“组合拳”进行验证。他们首先构建并生产了携带小鼠Hexa基因的AAVrh10病毒载体。在动物实验中，他们对8周龄的DKO小鼠进行了单次鞘内注射，给予AAVrh10-mHexa，并/或在10周龄时对部分小鼠进行为期21天的伊曲茶碱腹腔注射。研究设置了野生型（WT）小鼠、未治疗的DKO小鼠、仅接受AAV治疗、仅接受伊曲茶碱治疗以及接受联合治疗的多个组别进行对照。关键技术方法包括：利用薄层色谱法（TLC） 和免疫组织化学定量分析大脑中GM2神经节苷脂的积累与清除情况；通过酶活性测定检测大脑皮层、小脑及肾脏、肝脏、脾脏等内脏器官中Hexa酶活性的恢复水平；采用实时定量PCR（RT-PCR） 和蛋白质印迹法（Western blot） 评估神经炎症相关细胞因子（如CCL2、CCL3、IL-1β等）和溶酶体标志物（Lamp-1）的基因与蛋白表达变化；通过免疫荧光染色观察神经元（NeuN）、少突胶质细胞（CNPase）、活化星形胶质细胞（GFAP）和溶酶体（Lamp1）的数量与形态变化；最后，通过转棒实验（Rotarod） 和足迹测试（Footprint test） 来客观评估小鼠的运动协调与平衡能力。所有数据均使用GraphPad Prism进行统计学分析。
一、 联合疗法显著延长寿命并改善运动功能
研究结果令人振奋。未治疗的DKO小鼠通常在20周龄左右死亡，且从16周开始体重急剧下降，表现出严重的运动失调。而接受了AAVrh10-mHexa（无论是否联合伊曲茶碱）治疗的小鼠，其寿命延长至30周，体重下降也得到了有效遏制。在转棒实验中，治疗组小鼠在旋转棒上停留的时间显著长于未治疗的DKO小鼠，表明其运动协调和平衡能力得到了实质性改善。
二、 有效清除致病元凶GM2神经节苷脂
薄层色谱和免疫组化分析显示，20周龄DKO小鼠的大脑皮层、海马、丘脑、小脑和脑桥等多个脑区存在大量的GM2积累。治疗后，无论是AAV单独治疗还是联合治疗，都显著降低了这些脑区以及大脑皮层提取物中的GM2水平，证明外源性导入的mHexa基因成功表达出有功能的酶，并有效地降解了蓄积的GM2“垃圾”。
三、 恢复Hexa酶活性并减轻神经与全身炎症
酶活性检测证实，治疗不仅在大脑皮层和小脑中恢复了Hexa酶活性，令人意外的是，在肾脏、肝脏、脾脏甚至血清中也检测到了显著的酶活性提升，表明鞘内注射的AAVrh10具有广泛的生物分布能力。分子分析显示，DKO小鼠小脑中高表达的促炎细胞因子（如CCL2、IL-1β）和炎症细胞标志物（Iba1，小胶质细胞标志）在治疗后明显降低。在皮层，CCL3、CCL5等因子也呈下降趋势。值得注意的是，单独使用伊曲茶碱对炎症指标的改善作用有限，但其与AAV联用时，在小脑中观察到了Iba1水平的额外降低，提示了抗炎药物的辅助益处。此外，象征溶酶体负荷增加的Lamp1水平在多个脑区也有所下降。
四、 修复神经元与髓鞘，遏制神经退行性病变
免疫组化结果揭示了更深层次的修复。在未治疗的DKO小鼠中，皮层、海马、丘脑等区域存在明显的神经元丢失（NeuN染色减少）和少突胶质细胞缺失/脱髓鞘（CNPase染色减弱），并可见大量活化的星形胶质细胞（GFAP染色增强）。AAV治疗，尤其是联合治疗后，显著增加了这些脑区的神经元和少突胶质细胞密度，并减少了星形胶质细胞的异常活化。这表明，清除GM2和减轻炎症共同为神经元存活和髓鞘维持创造了有利的微环境。
综上所述，这项研究得出了明确而有力的结论：通过鞘内途径递送AAVrh10-mHexa进行基因治疗，能够有效递送至中枢神经系统及外周器官，恢复Hexa酶活性，清除蓄积的GM2神经节苷脂，并显著改善早发性泰-萨克斯病DKO小鼠模型的神经病理学表现、运动功能，并延长其寿命。 虽然联合抗炎药物伊曲茶碱在某些炎症指标上显示出附加改善，但本研究的主要治疗效果归因于AAV介导的基因治疗本身。
在讨论中，作者强调了本研究的多个重要意义。首先，在方法学上，鞘内注射作为一种相对微创、临床易行且能使药物广泛分布于中枢神经系统的递送方式，其在本研究中的成功应用，为将AAV基因疗法转化至临床提供了重要的技术路径参考。其次，该研究不仅证明了AAVrh10-mHexa对大脑的直接治疗作用，还意外地发现其对内脏器官也产生了治疗效果，这提示AAVrh10病毒在鞘内注射后可能进入了体循环，带来了全身性的益处，这是一个值得深入探索的发现。再者，研究证实了在泰-萨克斯病中，神经炎症是疾病进程的重要推手，尽管本研究中抗炎药物的单独效果不突出，但结合治疗的理念为未来优化治疗方案（如使用其他抗炎策略或药物）指明了方向。最后，该研究在表型严重的DKO小鼠模型上取得了延长寿命50%（从20周至30周）的显著效果，这为罹患这种致命性遗传病的患者带来了前所未有的希望。总之，这项研究为泰-萨克斯病的治疗提供了一种极具前景的、结合基因补充与抗炎策略的综合治疗方案，推动了该领域向临床应用的迈进。
