基因编辑技术在治疗高胆固醇血症中的转化研究

心血管疾病是全球死亡的主要原因之一，其中动脉粥样硬化性心血管疾病尤其普遍。这些疾病的特征是动脉壁内胆固醇和炎症细胞的积累，导致血管腔变窄。低密度脂蛋白（LDL）胆固醇水平的升高是动脉粥样硬化性心血管疾病发展的一个确定风险因素之一。当前，他汀类药物是降低LDL胆固醇水平的一线治疗，但它们只能降低心血管事件和死亡率17-27%，并且常伴有副作用。因此，开发新的治疗策略至关重要。

一、基因编辑技术的原理与前景

基因编辑技术，特别是CRISPR/Cas9系统，为治疗高胆固醇血症提供了新的可能性。通过精确修改肝脏中的基因，可以降低血浆LDL胆固醇水平，从而减少动脉粥样硬化性心血管疾病的风险。在临床前研究中，CRISPR/Cas9基因编辑工具已被证明能够稳定降低小鼠和非人灵长类动物血浆中PCSK9（前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型）水平约90%，使LDL胆固醇水平下降约60%。

低密度脂蛋白（LDL）代谢与动脉粥样硬化性心血管疾病发展之间关系的图形表示

二、肝脏导向的基因编辑：从腺病毒基因靶向装置到配体偶联脂质纳米粒子

在过去，腺病毒被广泛用于肝脏基因治疗，但由于其引发的免疫反应和安全性问题，限制了其在临床应用中的潜力。近年来，CRISPR/Cas9系统的出现为精确基因编辑提供了新的可能性，使得我们能够对特定基因进行定向修改，以改善或恢复其功能。

然而，为了在临床中有效应用CRISPR/Cas9，必须确保Cas9蛋白和引导RNA同时存在于目标细胞内。由于腺相关病毒（AAV）载体的载量限制，科学家们开始探索非病毒载体，如脂质纳米粒子。这些脂质纳米粒子不仅具有更高的生物降解性和改进的临床安全性，而且能够携带更多的遗传物质，包括Cas9蛋白、引导RNA以及可能的辅助供体DNA或蛋白质。

特别值得一提的是，通过将N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）这类高亲和力配体偶联到脂质纳米粒子上，可以实现对肝脏的特异性靶向，提高基因编辑的效率。GalNAc与肝细胞表面的非特异性糖蛋白受体结合，促进纳米粒子的选择性肝脏递送，这一过程不依赖于功能性LDL受体的存在。因此，GalNAc偶联的脂质纳米粒子目前被视为临床应用中CRISPR/Cas9介导的基因编辑治疗的前沿递送工具。这一进展为基因治疗提供了一个更为安全、有效的新途径，有望在治疗遗传性肝脏疾病和降低心血管疾病风险方面发挥重要作用。

CRISPR/Cas9介导的DNA中单核苷酸改变方法的示意图

三、小鼠研究为CRISPR/Cas9基因编辑技术调控胆固醇代谢提供了概念验证

在小鼠研究中，CRISPR/Cas9基因编辑技术已被成功用于调节胆固醇代谢，为治疗高胆固醇血症提供了新的概念验证。家族性高胆固醇血症是一种遗传性疾病，其特征是血浆LDL胆固醇水平显著升高，加速动脉粥样硬化性心血管疾病的发展。通过CRISPR/Cas9技术，研究人员能够在小鼠模型中精确编辑导致家族性高胆固醇血症的LDL受体基因突变。

PCSK9作为一种调节LDL受体循环的关键因子，已成为基因治疗的重要靶点。研究表明，通过CRISPR/Cas9技术降低PCSK9基因的活性，可以显著降低小鼠血浆中的PCSK9蛋白水平，进而有效降低LDL胆固醇水平。例如，Ding等人的研究显示，通过腺病毒介导的Cas9蛋白和PCSK9靶向引导RNA传递到小鼠肝脏，成功实现了PCSK9基因位点的定向突变，导致血浆PCSK9蛋白水平降低约90%。

此外，其他研究也证实了通过不同方式传递CRISPR/Cas9组分，如使用AAV或脂质纳米粒子，同样能够在小鼠体内实现PCSK9基因的高效编辑，从而降低胆固醇水平。这些研究不仅证明了CRISPR/Cas9技术在调节胆固醇代谢方面的潜力，也为未来临床治疗提供了重要的前期数据和方法学基础。随着技术的不断进步和优化，基因编辑有望成为治疗高胆固醇血症和相关心血管疾病的有效手段。

四、CRISPR/Cas9介导的肝脏PCSK9基因编辑同样在非人灵长类动物中降低了LDL胆固醇水平

CRISPR/Cas9基因编辑技术在非人灵长类动物肝脏中针对PCSK9基因的编辑，成功实现了降低LDL胆固醇水平的目标。PCSK9基因编码一种能够调节肝脏中LDL受体循环的酶，其功能丧失性突变与人类中较低的LDL胆固醇水平和心血管病风险降低有关。因此，通过基因编辑技术降低PCSK9活性，为治疗高胆固醇血症提供了一种潜在的治疗策略。

在非人灵长类动物模型中，研究人员通过CRISPR/Cas9系统特异性地敲除或减少PCSK9基因的功能，观察到与小鼠模型相似的LDL水平显著下降。这些研究结果不仅验证了CRISPR/Cas9技术在不同物种中的适用性，也表明了其在临床治疗中的转化潜力。

此外，这些研究还涉及了不同载体系统的使用，包括AAV和脂质纳米粒子，这些载体系统能够有效地将CRISPR/Cas9组分传递到肝脏细胞中。这些研究进展为未来在人类中开展基因编辑治疗提供了重要的前期数据，同时也为评估基因编辑技术的安全性和有效性提供了实验依据。

总的来说，CRISPR/Cas9介导的PCSK9基因编辑在非人灵长类动物中的成功应用，为开发新的降脂疗法提供了强有力的证据，也为未来心血管疾病的预防和治疗开辟了新的道路。

结论与未来展望

从临床前研究中可以预见，携带PCSK9靶向基因编辑器的脂质纳米粒子在降低人类临床环境中的血浆PCSK9蛋白和LDL胆固醇水平方面具有巨大的潜力。VERVE 和CRISPR 治疗目前正在人类群体中评估他们的CRISPR/Cas9基因编辑器基础的PCSK9降低疗法。此外，基因编辑技术还具有扩展到包括其他治疗靶点的巨大潜力。

参考文献

【1】 Hoekstra M, Van Eck M. Gene Editing for the Treatment of Hypercholesterolemia. Curr Atheroscler Rep. 2024 May;26(5):139-146. doi: 10.1007/s11883-024-01198-3.