新基因疗法：从细菌中借来的基因能激活心脏

　　

   

   

当心肌细胞不均匀地传递电信号以内聚有序地泵血时，就会发生心律失常。左边显示了在心动过速混乱状态下的细胞有心律失常，而右边显示了接受了新的基因治疗的细胞表现正常，因为它们更难被排除在正常的心跳活动之外。

杜克大学的生物医学工程师展示了一种基因疗法，可以帮助活小鼠的心肌细胞电激活。这是第一次有类似的演示，这种方法的特点是改造细菌基因，为钠离子通道编码，并可能导致治疗各种各样的电性心脏病和疾病的疗法。

这项研究结果发表在2月2日的《自然通讯》杂志网络版上。

杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac说:“我们能够提高心肌细胞启动和传播电活动的能力，这是很难通过药物或其他工具实现的。我们在小鼠心肌细胞中传递基因的方法已经被证明可以持续很长时间，这意味着它可以有效地帮助心脏正常跳动。”

钠离子通道是位于可电兴奋细胞(如心脏或脑细胞)外膜上的蛋白质，可将电荷传输到细胞内。在心脏中，这些通道告诉肌肉细胞什么时候收缩，并将指令传递下去，这样器官就能作为一个有凝聚力的单位泵出血液。然而，受损的心脏细胞，无论是疾病还是创伤，往往会失去全部或部分传递这些信号的能力，并加入到这一努力中来。

研究人员可以采取的一种恢复这种功能的方法是基因疗法。通过传递负责制造钠通道蛋白的基因，该技术可以在患病细胞中产生更多的离子通道，帮助提高它们的活性。

不幸的是，在哺乳动物中，钠通道基因太大了，无法与现代人类基因疗法中使用的病毒相匹配。为了避开这个问题，Bursac和他的实验室转而研究了更小的基因，这些基因在细菌中编码类似的钠离子通道。虽然这些细菌的基因与人类的基因不同，但自数亿年前多细胞生物从细菌中分离出来以来，进化过程在通道设计上保持了许多相似之处。

几年前，曾在Bursac实验室攻读博士学位、现在为Fujifilm Diosynth Biotechnologies工作的Hung Nguyen对这些细菌基因进行了突变，使它们编码的通道在人类细胞中变得活跃。在新的研究中，目前在读的博士生Tianyu Wu进一步优化了这些基因的含量，并将它们与一个“启动子”结合起来，该启动子专门限制心肌细胞的通道生成。研究人员随后测试了他们的方法，将一种携带细菌基因的病毒注入小鼠的静脉，使其扩散到全身。

“我们努力寻找钠离子通道实际上是在哪里形成的，正如我们所希望的，我们发现它们只进入心房和心室内工作的心肌细胞，”Wu说。“我们还发现，它们不会最终进入产生心跳的心脏细胞，这也是我们想要避免的。”

这种基因治疗方法只在细胞内传递额外的基因;它不会试图以任何方式剪去、替换或重写现有的DNA。科学家们认为，这些类型的传递基因利用现有的生化机制，在细胞内自由漂浮时制造蛋白质。先前关于这种病毒基因传递方法的研究表明，被移植的基因应该保持多年的活性。

为了证明这一概念，在实验室环境中对细胞进行的测试表明，这种疗法改善了电兴奋性，足以防止人体出现心律失常等异常。在活鼠体内，结果表明，钠离子通道在心脏中是活跃的，显示出提高兴奋性的趋势。然而，还需要进一步的测试来衡量整个心脏水平的改善程度，以及是否足以挽救受损或患病心脏组织的电功能，以作为一种可行的治疗方法。

在进一步的研究中，研究人员已经发现了不同的细菌钠通道基因，它们在初步的台式研究中工作得更好。该团队还与杜克大学生物医学工程教授克雷格·恩里克兹(Craig Henriquez)和杜克大学儿科研究学者项目(Duke Pediatric Research Scholars Program)主任安德鲁·兰德斯特罗姆(Andrew Landstrom)的实验室合作，在模拟人类心脏病的小鼠模型中测试这些基因恢复心脏功能的能力。

“我认为这项工作非常令人兴奋，”Bursac说。“我们一直在利用数十亿年前大自然创造的东西来帮助人类应对现代疾病。”