2024年第四届中国细胞与基因治疗大会 | 季维智院士：复杂疾病灵长类模型及致病机制与治疗研究

9月26日-28日，第四届中国细胞与基因治疗大会在天津隆重举行，本次年会将汇聚国内外众多专家学者和业界精英，通过分享最新的科研成果、临床实践经验和技术创新，共同探讨细胞与基因治疗领域的热点问题和前沿趋势。

在本次大会上，来自省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室、昆明理工大学灵长类转化研究院的季维智院士对“复杂疾病灵长类模型及致病机制与治疗研究”进行了深度分享，本文梳理重点内容，以分享各位同道。

一、灵长类动物是生命科学前沿研究，从“基础到临床”的重要桥梁

复杂疾病的灵长类模型及其致病机制与治疗研究是生物医学领域的一个重要分支。灵长类动物由于其与人类在遗传学、解剖学和生理学上的高度相似性，成为研究人类复杂疾病（如神经退行性疾病、心血管疾病、代谢综合征等）的理想模型。这些研究不仅有助于我们理解疾病的发病机制，还能够为新药的开发和治疗方法的探索提供宝贵的线索。

1）DOPA-MSC移植显著改善PD猴手的精细运动

在一项取物实验中，研究人员将转盘固定在准备好的矩形支架上，置于猴笼前，记录猴子的取物情况。实验测试了细胞移植前后动物徒手取食的准确性和所需时间，并评估了其精细运动能方的恢复情况。

在6只PD猴体内进行了3年以上的安全性和有效性评估，结果显示，多巴·间充质干细胞移植可以显著改善PD猴的临床症状，包括运动迟缓、姿势和步态失衡、震颤和手部粗大运动技能障碍。同时，在注射DOPA-MSC后第10-14天起效，有利于临床医生评价其治守效果。

2）DOPA-MSC移植可显著改善PD猴的认知功能

认知功能损害是帕金森病患者常见的非运动症状，也是判断帕金森病病情的重要指标。我们做了一个长盒子，有五个开口，上面盖着不同颜的盖子，只有红色的盒子里装着花生，在测过过程中，花生在这五个盒子中的位置每次都是随机变化的。

3）DOPA-MSC移植显著改善PD猴的多巴胺递质生成

移植前及移植后6个月对PD猴进行SPECT 扫描，多巴胺转运体明显增强，提示多巴胺神经递质合成。脊液检测脑内DOPA-MSC产生的多巴胺神经递质。

PD的治疗效果与细胞产生的多巴胺神经递质呈正相关

因此，基因工程MSCs可稳定分泌多巴胺，可安全有效地用于PD的治疗，其安全性和有效性在5年多的PD猴身上得到了证实。移植策略治疗效果稳定，费用低，可使大多数PD患者获得理想的疗效。同时，2周内起效，便于临床医生评估移植效果。

二、灵长类模型对疾病机制的深入理解和治疗途径的方法有重要参考

杜氏肌营养不良症（DMD）是一种X染色体连锁的隐性遗传性疾病，主要影响男性。该病是由编码抗肌萎缩蛋白（dystrophin）的基因发生突变引起的。抗肌萎缩蛋白在维持肌肉纤维结构稳定性和保护肌肉免受损伤中起着关键作用。当这个蛋白缺失或功能异常时，会导致肌肉逐渐变弱和退化。

DMD的非灵长类动物模型在研究该疾病的发生机制、病理生理过程以及新药开发等方面发挥着重要作用。这些模型主要包括小鼠、狗、猪等。每种模型都有其特点和局限性。

DMD小鼠模型：
症状轻微，肌肉损伤轻；
基本不影响寿命；
与人类基因序列差异大；
体内免疫环境与人差异大。

DMD犬模型：
基本进展很快，与患者差异大；
与人类基因序列差异大；
体内免疫环境与人差异大。

目前尚无根治 DMD 的方法，而随着分子生物学和基因工程技术的发展，针对 DMD 的新型治疗方法不断涌现。例如，CRISPR-Cas9 基因编辑技术已被用于修复 DMD 基因突变，而微型抗肌萎缩蛋白基因替代疗法也显示出良好的临床效果。这些进展为 DMD 患者提供了更多的治疗选择和希望。但是基因疗法成本昂贵，小核酸药物覆盖面小，疗效也非常有限，患者依然无药可用。

利用 CRISPR/Cas9 技术破坏恒河猴抗肌萎缩蛋白基因的功能。通过在间充质干细胞中表达合成多巴胺神经递质的基因，并获得了稳定的细胞产品DOPA-MSC，经检测其能稳定分泌多巴胺。DMD猴模型更好地模拟运动功能障碍。在进行DMD猴病理变化的分子细胞机制研究中发现多种细胞类群占比发生显著变化。

三、DMD新策略: 基因工程干细胞

干细胞来源的多巴胺祖细胞或神经元移植以替代丢失的多巴胺神经元还特突破。干细胞分化为多巴胺神经元用于PD治疗。这种方法是在20世纪80年代提出的，到现在已经使用了30多年。

然而，临床进展仍然缓慢，需要克服许多障碍：

1，低存活率：多巴胺神经元极少；
2，修植细胞难以成熟、整合并与宿主神经元建立功能连接；
3，长时间才能发挥作用，需要至少6个月与宿主神经元建立功能连接；
4，轻度功能恢复。

灵长类模型开发新的治疗途径：PD的干细胞治疗

PD的主要临床治疗方法包括以下几种：

1，深部脑刺激(DBS)

1）只对某些人有效

2）长期使用后逐渐失效。对姿势步态障碍和非运动应状无显著影响

2，口服多巴胺前体3，4-二羟基-1-苯丙氨酸以补偿丢失的多巴胺

长期口服左旋多巴胺会带来许多临床副作用，包括全身递送会刺激包括大脑在内的所有多巴胺系统，导致脱靶效应。长期和间断治疗可引起与药物相关的副作用，如运动障碍、认知障碍和脱靶非运动症状。

基因组相似度：人与黑猩猩相似度为99%，与猴相似度为95%，与鼠相似度为84%，与猪相似度为83%，与狗相似度为83%。研究发现，鼠肌肉细胞包含2类成纤继/成脂肪祖细胞(FAPs），而猴与人类似，包含5种以上FAPs。DMD猴不同部位肌肉FAPs占比减少，发病早期DMD猴FAPs纤维化病变不依赖于β通路。

因此，DMD猴模型致病新机制为探索新的治疗方法提供了线索。免疫和炎症细胞急剧增加，导致肌肉细胞生存环境恶化，这提示DMD治疗要考虑抑制炎症反应。DMD猴FAPs纤维化不依赖于TGFβ通路，这提示了新药研发的所方向。肌肉干细胞功能缺陷导致DMD肌肉修复功能存在障碍，这提示DMD是一种干细胞疾病。

人猴共用的单切基因治疗策略

人猴共用的单切基因治疗策略主要是指利用基因编辑工具（如 CRISPR/Cas9、ZFNs 和 TALENs 等）在特定基因位点进行精准切割，以实现基因矫正、基因敲除或基因插入等目的。这种策略在治疗单基因遗传病方面显示出巨大的潜力。

全身基因治疗在DMD模型猴中的应用取得了显著进展。通过全身基因治疗，DMD 模型猴的抗肌萎缩蛋白（dystrophin）表达得到了显著恢复，病理和运动功能也得到了明显改善。未来的研究将进一步验证其安全性和有效性，为 DMD 患者提供更好的治疗选择。

综上，灵长类动物在生物医学研究中的重要性不容忽视，它们在多个层面上具有国家战略意义。2002，美国NlH "Rhesus Monkey Demands in Biomedical Research"战略研讨会上，“灵长类动物资源”短缺，可能严重阻碍科学的发属，如果不能有效提供这一生死攸关的研究资源，就有可能减弱国家保护其公民免受生物恐怖、艾滋病等严重危害人类健康疫病的能力。

2021，《New York Times》新冠疫苗研发背后的中美“战略猴子储备”竟赛，美国学术界再次提出把猴子像石油和粮食一样当成战略性储备的重要性。2023，美国科学院，美国国家工程学院，美国国家医学院给国会报告《Nonhuman primate lodels inBiomedical Research: State of the Science and Future Needs (2023)》:“对非人灵长类研究资源的充分投资对于支持美国的关键战路重点是必须的，包括保持生物医学科学的全球领导地位和保护美国免受意外的公共卫生威胁”。

灵长类动物在生物医学研究中的战略重要性不言而喻。它们不仅是科学研究和创新的关键资源，也是国家安全和公共卫生的重要保障。通过充分投资和合理管理，可以确保这些资源的可持续利用，为国家的长远发展和人民的健康福祉做出贡献。