Timothy 综合征 （TS）是一种严重的罕见遗传病，死亡率非常高，它是由CACNA1C基因外显子8A中的c.1216G>A致病性突变引起，这个heterozygous点突变导致 L-type钙通道蛋白Cav1.2的p.G406R的错义变异。TS影响多个器官系统，是自闭症谱系障碍 (ASD) 和癫痫症中最具致病性的遗传病因之一。CACNA1C的常见变异也与其他神经精神疾病密切相关，包括精神分裂症、双相情感障碍和注意力缺陷多动障碍，这表明Cav1.2也是神经精神疾病的关键易感因素。迄今为止，一型TS既无动物模型报道，也没有药物开发的尝试。
2024年4月24号，斯坦福大学 Sergiu Pasca团队在Nature上发表了封面文章 Antisense oligonucleotide therapeutic approach for Timothy syndrome，应用类脑器官进行罕见病基因治疗药物开发。
Cover image: Gheorghe Popa
团队通过靶向CACNA1C exon 8A的反义寡核苷酸 ASO来筛选ASO，发现了至少三个ASO可以时间和剂量依赖的方式有效抑制exon 8A 的剪接。当这些ASO进入TS类脑神经元， ASO不仅纠正了Cav1.2延迟失活和去极化诱导的钙异常升高，而且还修正了forebrain assembloid中发现的皮质中间神经元迁移缺陷。为了验证ASO能不能通过在体内给药，给药后是否有治疗效果，他们利用了最近开发的类脑移植模型（Revah,Gore and Kelley et al. Nature 2022）。在这个系统中，皮层类脑移植到新生免疫缺陷无胸腺大鼠的大脑皮层中，可以逐渐发育为成熟的人类神经元，并且可以整合到大鼠感觉和动机相关的神经回路中控制大鼠行为。令人惊喜的是，将ASO鞘内注射到移植有TS皮层类脑的大鼠体内可以有效降低exon 8A，并且可以纠正TS去极化诱导的钙信号缺陷。
这项研究发现了TS疾病突变可以直接影响RNA剪接来正向增加本身的突变蛋白；这是应用类脑和类脑移植进行神经系统药物研发的首创研究，先在体外培养的类脑中进行前期基因治疗的ASO筛选，再将有前景的ASO通过鞘内注射进入移植后的含有人类神经元的类脑，这对于目前尚没有老鼠疾病模型的TS药物开发具有重大意义；虽然TS是一种罕见神经疾病，但是世界范围内仍有足够病人申请进行临床试验。
另外，虽然这项工作主要重点在开发治疗Timothy 综合征，但是该研究建立了从疾病致病机理，药物开发筛选，体内体外验证的pipeline。用类脑人类神经元进行体内体外药物开发可以补充动物模型的很多不足，尤其是类脑移植，未来不仅仅局限于ASO，还非常适合AAV病毒和其他小分子或者蛋白药物的开发，更可以应用到很多其他神经系统疾病。
该研究通讯作者Sergiu Pasca是斯坦福大学医学院精神病学与行为科学系教授，第一作者为Xiaoyu Chen陈晓雨为斯坦福大学博士后，共同第一作者Fikri Birey现为埃默里大学人类遗传学系助理教授。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07310-6
