分子治疗:早发性癫痫性脑病食蟹猴模型的建立

分子治疗发表了一篇题为“在线”的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室孙强研究组/刘真研究组和上海科技大学黄行许研究组完成。本研究采用单碱基编辑技术建立了早发性癫痫性脑病食蟹猴模型。该模型在基因、细胞、脑电图、行为和药物干预方面再现了人类患者的典型临床特征。该模型的建立为后续研究疾病机制、探索干预手段和药物试验提供了新的工具。

突触前融合蛋白结合蛋白1(STXBP1)是神经递质释放所必需的。STXBP1基因杂合突变导致儿童早期STXBP1脑病(STXBP-E)，主要症状为精神发育迟滞和癫痫。尽管小鼠模型的相关研究取得了进展，但仍不能很好地模拟STXBP1-E患者的严重癫痫发作和典型的抑制性发作脑电模式。由于非人灵长类实验动物在进化上更接近人类，研究小组构建了STXBP1突变的食蟹猴模型。

本研究利用胞嘧啶单碱基编辑器(A3A)和单精子注射技术模拟STXBP1基因中的热点突变R292H，然后通过灵长类动物胚胎辅助生殖技术将编辑后的胚胎移植到代孕猴宫中，获得2只出生个体和3只流产猴。基因型鉴定和嵌合体分析表明，出生猴的组织接近杂合突变，而流产猴的组织接近纯合突变。这些结果与STXBP1基因突变纯合死亡的报道一致。

表型分析和行为学观察结果显示，排除肌阵挛(短暂性、惊厥性、休克样不随意运动)后，在两只出生猴体内均观察到典型的癫痫症状，如局灶性癫痫和单侧阵挛。进一步的脑电图研究表明，STXBP1突变猴的脑电图具有典型的抑制-爆发模式。抑制性脑电图被广泛认为是脑深部失活的基本特征，常见于深度麻醉、低体温、昏迷和早发性婴儿脑病。这种脑电图模式通常与预后不良有关。在癫痫动物模型中，首次发现并报道了这些典型的爆发抑制性脑电图模式。同时，研究还发现STXBP1突变猴的低频振荡频率明显高于野生猴，在婴儿顽固性癫痫的报道中也发现了这种现象，称为婴儿痉挛。

研究小组进行了左乙拉西坦的干预，并跟踪了患病猴子的脑电图水平。给药后，癫痫症状和脑电图模式没有明显改善。放电源(推测为癫痫灶)主要集中在前额叶，偶尔向枕叶转移，也反映了目前药物对难治性癫痫的治疗效果不佳。

生化分析显示R292H突变可以阻断STXBP1蛋白与突触融合蛋白1蛋白的结合。stbp1突变猴的脑组织显示SNARE复合物、STXBP1蛋白和突触融合蛋白1蛋白明显减少。上述结果表明，STXBP1突变猴中与神经递质释放相关的功能受到影响。为了进一步利用STXBP1突变猴模型，对STXBP1突变猴的前额皮质取样，并对单核转录组进行测序。结果显示，最明显的变化是STXBP1突变猴的ExN7神经元数量和比例明显减少，甚至消失。基因本体分析表明，这些神经元的发育受到影响，提示了特定神经元在疾病发生中的可能作用。本研究仔细评估了单库编辑器在模型构建过程中的潜在脱靶效应。结果表明，虽然存在明显的基于脱氨酶的随机脱靶效应，但脱靶位点与模拟的疾病表型无关。

本研究首次利用单碱基编辑技术获得了癫痫性脑病的非人灵长类动物模型，并证明该模型能更好地模拟人类癫痫性脑病，显示了非人灵长类动物模型在神经系统相关疾病研究中的优势和前景。本研究得到了中国科学院、上海市、科技部和国家的支持。