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.2019年1月25日12:233-245。
doi:10.1016/j.omtm.2019.01.006。 eCollection 2019年3月15日。

静脉注射AAV-PHP。编码人酸α-葡萄糖苷酶的B载体对Pompe病小鼠肌肉和中枢神经系统缺陷的修复作用

附属公司

静脉注射AAV-PHP。编码人酸α-葡萄糖苷酶的B载体对Pompe病小鼠肌肉和中枢神经系统缺陷的修复作用

Jeong-A Lim公司等。 分子疗法临床开发. .

摘要

蓬贝病是一种严重且常致命的神经肌肉疾病,由溶酶体酶酸性α-葡萄糖苷酶(GAA)缺乏引起。这种疾病的特点是在心脏、骨骼肌和中枢神经系统中积累过量糖原。目前批准的酶替代疗法或实验性腺相关病毒(AAV)介导的基因治疗对中枢神经系统矫正效果甚微。在这里,我们演示了新开发的AAV-PHP。B载体能在GAA基因敲除(GAAKO)小鼠的中枢神经系统和骨骼肌中强烈转导。单次静脉注射AAV-PHP。在巨细胞病毒(CMV)增强子-鸡β-肌动蛋白(CB)启动子控制下表达人GAA的B载体进入2周龄GAAKO小鼠,导致受影响组织中广泛表达GAA。大脑和心脏中的糖原含量降低到野生型水平,AAV治疗使骨骼肌中的糖元含量显著降低。组织学检测显示,AAV治疗小鼠的大脑和脊髓的任何区域都没有可见的糖原。在这项研究中,我们描述了一组行为测试,可以检测到未经治疗的GAAKO小鼠中枢神经系统中大量溶酶体糖原积累相关的早期神经功能缺陷。此外,我们证明该疗法有助于防止这些异常的发生。

关键词:AAV-PHP。B矢量;中枢神经系统;庞贝病;酸性α-葡萄糖苷酶缺乏;基因治疗;糖原储存;神经系统缺陷。

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图1
图1
GAAKO小鼠脑内年龄依赖性糖原积累用希夫试剂(见材料和方法)对不同年龄的GAAKO鼠脑内石蜡包埋的矢状截面进行染色,以检测糖原。这些图像取自以下不同的大脑区域:嗅球(1)、大脑皮层(2和3)、中脑(4)、小脑(5)和后脑(6)。插图中的箭头指向神经胶质细胞(G)和神经元(N)。PAS染色显示,糖原(紫色)在嗅球肾小球层、浦肯野细胞层、小脑白质以及后脑神经元和胶质细胞中进行性积累。ML,分子层;WM,白质;GL,颗粒层;P、 浦肯野细胞。
图2
图2
GAAKO小鼠脊髓中年龄依赖性糖原积累用Schiff试剂染色检测不同年龄GAAKO鼠脊髓石蜡包埋切片中糖原的含量。背角和腹角的图像显示,糖原在胶质细胞(G)和神经元(N)中逐渐积累,尤其是在灰质(GM)中。
图3
图3
AAV-PHP。B-GAA增加GAAKO小鼠AAV-PHP各种组织中的GAA活性并减少糖原。将B-GAA静脉注射到2周龄GAAKO小鼠(AAV)体内,剂量为5×1012vg/kg。注射14周后分析组织。使用年龄匹配的未经治疗的GAAKO小鼠(UT)作为对照。(A) 用hGAA引物qPCR检测AAV基因组拷贝数。该图显示了各种组织中的相对拷贝数。数据表示平均值±SD(n=3)。(B) 使用抗hGAA抗体的Western blot证实GAA在所有检测组织中的表达;β-肌动蛋白作为负荷对照。(C和D)治疗增加了所有组织中的GAA活性(C),降低了糖原水平(D)。CB,小脑;CTX,大脑皮层;四头肌;胃,腓肠肌;UT,未经处理;AAV、AAV-PHP。B-GAA处理的小鼠。数据代表平均值±标准偏差。*p<0.05,***p<0.001。大脑和心脏的WT(n=3)、GAAKO-UT(n=7)和GAAKO-AAV(n=5);骨骼肌和肝脏的WT(n=4)、GAAKO-UT(n=8)和GAAKO-AAV(n=8)。
图4
图4
AAV-PHP的影响。B-GAA对GAAKO小鼠中枢神经系统中糖原储存的影响未经治疗的WT(GAAKO-UT)和AAV-PHP大脑(A)和脊髓(B)PAS染色切片的代表性图像。B-GAA处理的GAAKO小鼠(GAAKO-AAV)。在嗅球的肾小球层、浦肯野细胞层、小脑白质以及脊髓的神经元和胶质细胞中未发现糖原积聚。L1,第1层;L2-3,第2-3层;G、 胶质细胞;N、 神经元;P、 浦肯野细胞;ML,分子层;GL,颗粒层;WM,白质;GM,灰质。
图5
图5
AAV-PHP的影响。B-GAA对GAAKO小鼠肌肉中糖原存储的研究WT、未经处理(GAAKO-UT)和AAV-PHP肌肉PAS染色切片的代表性图像。B-GAA处理的GAAKO小鼠(GAAKO-AAV)。在心脏和舌头中没有糖原积聚。在腓肠肌中观察到糖原积累减少。黑色箭头指向腓肠肌中的自噬堆积区域。AAV-PHP隔膜中偶尔可见PAS阳性结构。B-GAA处理的小鼠。
图6
图6
AAV-PHP的影响。B-GAA对GAAKO小鼠骨骼肌自噬的研究(A)来自未经处理(GAAKO-UT)和AAV-PHP的单个肌纤维的代表性图像。B-GAA处理的GAAKO小鼠(GAAKO-AAV);从腓肠肌中分离出纤维,并用自噬标记物LC3(绿色)和溶酶体标记物LAMP1(红色)染色。白色箭头指向未经治疗的GAAKO小鼠肌纤维中典型的自噬堆积。GAAKO-AAV的纤维中可见LC3-阴性和LAMP1-阳性的点状结构;这种图案是野生型纤维的一个常见特征。,测量溶酶体的大小并用图表表示。数据表示平均值±标准偏差。***p<0.001;对于GAAKO-UT光纤,n=30;对于GAAKO-AAV光纤,n=50。(B) 用所示抗体对全肌肉裂解物进行western blot分析的代表性图像。与免疫染色结果一致,AAV-PHP中LC3和p62(SQSTM)(自噬底物)水平显著降低。B-GAA处理的腓肠肌。β-肌动蛋白作为负荷对照。
图7
图7
AAV-PHP的影响。B-GAA对GAAKO小鼠行为缺陷运动协调和平衡的影响通过圆柱体(A;另见视频S1和S2)、光束行走(B;另见录像S3和S4)、旋转木马(C)和足迹测试(D和E)进行评估。与GAAKO-UT小鼠相比,GAAKO-AAV小鼠在圆柱体试验中的单前爪接触百分比、穿越光束的潜伏期以及足迹试验中前爪(红色)和后爪(蓝色)之间的距离显著降低(达到WT水平)。从旋转体上落下的潜伏期增加到WT水平,并且与未经处理的动物相比,经过处理的小鼠的潜伏期明显更高。(F) 通过冯-弗雷试验对感觉缺陷进行评估。GAAKO小鼠的后爪撤退阈值显著增加,但在AAV-PHP感染后恢复到WT水平。B-GAA治疗。(G) 认知障碍通过物体识别记忆测试进行测量。这幅漫画展示了实验设计。与WT小鼠相比,GAAKO小鼠与新物体相处的时间百分比显著降低;GAAKO-AAV小鼠的性能得到改善。所有性能测试均在4个月大时进行。数据表示平均值±标准偏差。每个点表示一只老鼠*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,****p<0.0001。UT,未经处理;AAV、AAV-PHP。B-GAA处理。

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