史無前例：中國科學家利用基因治療讓先天性耳聾小鼠聽到「悄悄話」

在我國，平均每1000個新生兒中，就有2-3個患有遺傳性的先天耳聾，這種基因層面的疾病一直沒有很好的治療方法，要麼依靠助聽器和人工耳蝸，要麼就只能慢慢適應這種「無聲的生活」。但是，隨著基因治療的興起，這些先天性耳聾患者也許有一天也能重獲「捕捉聲音」的能力了！

人工耳蝸

在昨天的《自然 生物技術》雜誌上，來自哈佛醫學院和波士頓兒童醫院的研究人員發表了兩篇文章，他們利用一個人工合成的病毒載體，載著治療性基因移植到小鼠的耳朵內，接受了治療的小鼠的聽力恢復到了可以聽到25分貝的水平[1，2]！25分貝是一個什麼概念呢？大概就是一個人在我們的耳邊用氣聲輕輕的講話的音量大小，這可謂是一個極大的進步了！

遺傳性的先天耳聾雖說聽起來是一種疾病，但是從基因上來說，目前科學家已經發現了100多個與其相關的基因，它們各自代表了不同類型的耳聾。這次的研究中，研究人員選擇了其中因Ush1c基因突變導致的耳聾小鼠，這種類型的耳聾佔全部的一半以上。Ush1c基因的突變會導致一種叫做協調蛋白（harmonin）的蛋白質失去功能，進而使得本該接收聲音並且將聲信號傳遞給大腦的耳毛細胞受損，從而導致了嚴重的聽力損傷。

排列整齊的耳毛細胞

在這次的研究中，研究人員使用的是一個人工合成的，代號為Anc80L65的腺病毒載體，腺病毒載體穩定、安全性高、靶向性強，是基因治療中常用的病毒載體類型。為什麼要選擇人工合成呢？天然的腺病毒載體不好用嗎？這就要說到2015年，他們所做的研究了。

在2015年的7月份，兩家機構的研究人員就曾經展開合作，他們選擇的是因TMC1基因突變導致耳聾的小鼠，研究使用的是常規的天然腺病毒載體AAV1[3]。AAV1在失明、心臟病等基因治療領域中曾有過一些應用，安全性有一定的保證。研究發現，耳聾小鼠在2個月內恢復了初級聽覺。但是研究的通訊作者Jeffrey Holt教授和他的同事，沒有參與研究的Margaret Kenna博士都表示，他們的治療對於這些遺傳性的、深度耳聾來說，輔助效果更為明顯，治療效果並不夠好，還有很多要改進的地方。

Jeffrey Holt教授

研究人員發現，AAV1載體只能將基因遞送到內毛細胞中，我們前面說過了，耳毛細胞的功能是接收聲音並且將聲信號傳遞給大腦。而耳毛細胞又分為外毛細胞和內毛細胞，當外界有聲音時，聲音會通過外耳道傳入，經過鼓膜，到達耳蝸（內耳的一部分，另一部分是前庭），此時內耳中的毛細胞就發揮了重要的作用，外毛細胞感受到了聲信號，而內毛細胞要將聲信號轉化為生物電信號，通過聽覺神經傳遞給大腦。所以說，當耳毛細胞受損，聽力障礙自然就出現了。

耳部結構示意圖

因此，只將基因送達到內毛細胞中表達是不夠的，要想讓聽力完全恢復正常，外毛細胞中也需要有正常的基因。但是，外毛細胞沒有內毛細胞分布均勻，載體想要靶向並進入相對困難，於是研究人員選擇了人工合成的腺病毒載體Anc80L65，有研究證明，在對肝臟和視網膜進行轉基因時，使用Anc80L65是安全有效的[4]。

這項研究由Holt教授和他的同事領導，他們對Anc80L65所載基因的轉導效率與幾個常規載體（AAV1、2、6、8、9）進行了對比。結果顯示，Anc80L65作為載體時，安全性與常規載體幾乎沒有差別，但對內毛細胞的轉導效率達到100%，外毛細胞達到約為90%，這個比例是其他幾個常規載體的3倍到20倍不等[1]。

證實了安全性和有效性後，另一組的小鼠體內實驗也緊接著開展了，兩項研究有一位共同的第一作者：在Holt教授實驗室做博士後的潘碧峰博士，他畢業於北京理工大學，2011年11月加入Holt教授的實驗室。他們選擇了剛出生後不久的全聾小鼠，經過治療，研究人員發現小鼠的協調蛋白恢復正常功能，耳毛細胞也正常生長，形成了和正常小鼠一樣的細胞束，當有聲波時，信號的傳導也恢復了正常[2]。

左圖為正常小鼠的耳毛細胞排列（上）和耳毛細胞束（下），中圖為Ush1c突變小鼠，右圖為接受治療後的小鼠

研究人員還對它們進行了行為上的測試，將它們放在「驚嚇盒」中，當響亮的聲音響起的時候，所有接受治療的小鼠像正常小鼠一樣「跳了起來」。當研究人員將聲音分貝下調後，25隻小鼠中有19隻對80分貝以下的聲音能產生反應，而有不到一半的小鼠能聽到25-30分貝的聲音。研究的通訊作者，波士頓兒童醫院耳鼻喉科Gwena?lle Géléoc博士說：「這意味著，我們可以對它說『悄悄話』了，它們聽得到。」

潘碧峰博士（左）和Gwena?lle Géléoc博士（右）

除了聽覺外，Ush1c突變的患者（小鼠）往往還伴有眩暈和步態不穩等癥狀，這是由前庭功能障礙引起的。研究人員對這些障礙的恢復情況也進行了觀察，他們發現，小鼠果然克服了這兩個問題，能夠輕鬆「走直線」了！在另一個測試中，它們能夠和健康小鼠一樣，保持在旋轉的橫杆上停留，不掉下去。

在研究中，研究人員發現，對於出生不久的小鼠進行治療效果非常好，但是當治療延遲10-12天時，效果就變得很差了，研究人員希望在未來的研究中，探究這一現象的原因所在。此外，他們還表示，未來希望能在更大體型的動物中進行治療，驗證療法的有效性。

萌萌的鼠寶寶

對於這些研究成果，Holt博士表示，這是一項具有里程碑意義的研究，他們首次證實，將正確的基因傳送到內耳中的耳毛細胞中，可以將耳聾小鼠的聽力和平衡能力恢復到相對正常的水平。未來，他們還將繼續努力，開發針對不同類型的先天性耳聾的新療法。

參考文獻：

[1]A synthetic AAV vector enables safe and efficient gene transfer to the mammalian inner ear

[2]Gene therapy restores auditory and vestibular function in a mouse model of Usher syndrome type 1c

[3]Askew C, Rochat C, Pan B, et al. Tmc gene therapy restores auditory function in deaf mice[J]. Science Translational Medicine, 2015, 7(295): 295ra108-295ra108.

[4] Zinn, E. et al. In silico reconstruction of the viral evolutionary lineage yields apotent gene therapy vector. Cell Rep. 12, 1056–1068 (2015).