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根據世界衛生組織的官網數據，全球有約4.6億的人群受到殘疾性聽力損失（disabling hearing loss）的困擾，并且據推測到2050年，這一數字將上升到7億。其中，遺傳因素是眾多耳聾病例的病因。

基因療法為治療遺傳性耳聾提供了潛在方案，但由于耳蝸復雜且獨立于其他系統的特性，耳科基因療法一直進展不大。2022年，北京腦科學與類腦研究所研究員熊巍博士帶領團隊取得重要突破，在哺乳動物模型上成功實現了先天性遺傳性耳聾的基因治療。藥明康德內容團隊對熊巍博士進行專訪，邀請其解讀耳科基因療法的難點、進展，以及對未來療法的展望。

來自復雜結構的難點 

目前，臨床上用于遺傳性耳聾的治療方式主要包括植入人工耳蝸、佩戴助聽器或者化學藥物治療，但這些方式難以從根本上解決問題。近年來，基因療法成為未來治療聽力損失的重點方向。但相比于眼科，耳科基因治療的進展十分有限。據熊巍博士介紹，究其原因，聽覺耳蝸器官有3大特殊的難點：

首先是介入性差：耳蝸位于顳骨內側，本身還有骨質蝸殼（骨迷路），所有的細胞都包裹在骨迷路里，因此很難靶向細胞實施局部給藥。

其次是復雜的結構：為了能夠足夠靈敏地檢測聲音同時保護不受大分貝聲音的侵害，耳蝸擁有極其復雜的器官結構和細胞結構，還有上行和下行神經支配，手術不慎可能帶來次生聽覺傷害。

最后，耳蝸具有功能特異性：耳蝸器官的細胞均為終端分化狀態，尤其是聽覺毛細胞，其將聲音振動轉變為細胞電信號，功能獨特且數量極其有限，易損傷且損傷后不能再生，其功能喪失是耳聾的主要原因。

作為一臺精密的機器，耳蝸擁有很多特有的關鍵“零件”，目前發現的和耳聾相關的基因有225個。因此，常規的藥物治療手段在這里束手無策。“我們看到的是，如此復雜而獨立于其他系統的一個器官，反而適合做局部基因治療，但是前提是我們對耳蝸器官有足夠的了解。”熊巍博士表示。

“TIGER”策略修復致聾突變

長期以來，熊巍團隊專注于以小鼠為模型研究耳蝸工作的分子和細胞機制。同屬于哺乳動物，小鼠和人的耳蝸從基因和蛋白特性、組織和細胞結構、生理功能等方面有著高度的相似性，因此是研究遺傳性耳聾的合適模型。

熊巍團隊在多年的研究中，構建了從細胞系到耳蝸組織到模型動物的三位一體的耳聾基因功能和修復研究系統。在此過程中，熊巍團隊提升了制約基因療法效果的兩大環節：基因遞送工具和基因修復工具。

“我們從遞送到修復步驟全面推動效能提升，包括病毒注射手法、病毒血清型遴選、病毒啟動子篩選、靶基因表達性質、以及突變修復方法等系統性方案。”熊巍博士介紹道，目前基因修復主要有兩個方向：靶向RNA的基因替代或者沉默方案，以及靶向DNA的基因編輯方案。相比之下，基因編輯的優勢在于，理論上各種突變形式均有合適的編輯修復方式，“一個突變一套方案”可以實現真正的精準治療。

“例如針對移碼突變，我們結合Cas9的高效DNA切割能力和終端分化細胞自身DSB修復最高效非同源末端連接（NHEJ）途徑，開發了我們不依賴于模板的修復（Template-independent gene editing and repairing，TIGER）策略，展示了在體修復致聾移碼突變的可行性。”熊巍博士介紹。

2022年，熊巍博士團隊首次在哺乳動物模型上利用NHEJ的基因修復通路，成功實現了先天性遺傳性耳聾的基因治療。根據發表在《細胞報告》上的論文，熊巍團隊利用模擬人類遺傳性耳聾的小鼠品系，系統地展示了突變位點附近產生的DNA雙鏈切割、斷裂可以通過NHEJ通路，實現移碼突變的修復以及聽覺和平衡覺功能的部分修復。

同時，在培養的小鼠耳蝸組織上，研究團隊借助電轉恢復了PCDH15蛋白的表達，該蛋白是耳蝸毛細胞機械轉到通道開放的關鍵分子，而小鼠耳蝸毛細胞的機械轉導功能也因此有所恢復。該實驗驗證了在終端分化的功能細胞上編輯產物也具有可重復性。利用該原理，單個gRNA即可實現修復移碼突變，以及小鼠的基因治療。該研究成果提示，占人類22%的移碼突變導致的遺傳性疾病同樣能擁有廣闊的治療前景。

“我們團隊早前的研究結果顯示了TIGER策略進行在體修復移碼突變的可用性，我們做了小規模的針對人源致聾移碼突變的gRNA編輯產物刻畫和篩選，并選取適合修復的靶突變生成人源化小鼠模型。新的結果顯示TIGER策略可以實現接近于野生型對照的聽覺恢復效果。”熊巍團隊說。

挑戰“高效修復”

TIGER策略為遺傳性耳聾的治療帶來了曙光，但其通往臨床應用的道路仍將面臨考驗。對于最新成果的轉化前景，熊巍博士表示，“我們的確有面向轉化的考慮，從產品研發角度來講，未來將進一步優化TIGER方案，包括Cas酶小型化和進一步提高遞送工具效率等，以期獲得更貼近臨床的產品。”在他看來，從“可以修復”到“真正高效修復”之間還有很大的鴻溝，這也成了制約基因編輯方法轉化到臨床的最大挑戰。

“學術成果講求的是創新，類似從0到1，而后續的產業轉化追求的是如何多快好省的將這個1轉化為100，這其實是很大的挑戰，”熊巍博士說，“在我們做的耳聾基因治療產品范疇，我們需要給出一個結合了最佳注射方式、遞送工具和修復配方的復合方案，這個方案越穩定簡單就意味著產品優秀；其次我們遵循產業轉化規律，讓合適的人做合適的事。”

展望未來，熊巍博士認為，未來5-10年的耳聾基因治療將進入個體化、精準化時代：“每一例攜帶遺傳性突變的患者可以收到定制的基因治療技術方案，以及從模型細胞到模型動物的多層面治療效果報告，基因治療可成為醫院常規醫療服務，有完善的預診療流程。”此外，“細胞再生與分化領域將有重大突破，對于細胞損傷或者死亡情況下的疾病，可以實現在體原位細胞的再生與分化，補充基因療法之不能。”

“細胞和基因療法（CGT）將成為下一代的醫藥形態，”熊巍博士相信，不僅是對耳蝸遺傳病的基因治療即將進入高速發展階段，更多影響人類健康的主要疾病也將出現新的曙光，“整個CGT領域將全面產業化和標準化，成為國民健康的日常。”

參考資料：
[1] Liu et al. Template-independent genome editing in the Pcdh15av−3j mouse, a model of human DFNB23 nonsyndromic deafness. Cell Reports (2022). DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111061