苯丙酮尿癥基因治療的潛力模型——Pah-R408W

苯丙酮尿癥（PKU）是一種常染色體隱性遺傳罕見病，是由苯丙氨酸羥化酶（PAH）基因的致病性變異引起的先天性苯丙氨酸（Phe）代謝異常。


正常情況下，由食物中攝取的苯丙氨酸部分用于合成各種蛋白質(zhì)，其余大多將經(jīng)肝臟PHA利用還原型蝶呤輔因子四氫生物蝶呤（BH4）催化L-苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-酪氨酸[1]，再經(jīng)其他酶的作用轉(zhuǎn)化為多巴、多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素及黑色素等重要的生理活性物質(zhì)，參與機(jī)體糖代謝和脂肪代謝。



圖1.?苯丙酮尿癥（PKU）的相關(guān)分子機(jī)制：苯丙氨酸羥化酶（PAH）反應(yīng)[1]


在遺傳性代謝疾病苯丙酮酸尿癥患者體內(nèi)，由于苯丙氨酸羥化酶的缺陷，苯丙氨酸不能轉(zhuǎn)變成酪氨酸。這將導(dǎo)致苯丙氨酸的代謝途徑發(fā)生異常，患者的尿液內(nèi)會(huì)排出大量苯丙酮酸、苯乳酸及苯乙酸等。主要臨床特征表現(xiàn)為智力低下、精神神經(jīng)癥狀、濕疹、皮膚抓痕等、腦電圖異常等[2]。


圖2. 苯丙酮尿癥患者腦損傷所涉及的代謝異常過程[2]


PKU的患病發(fā)生率約為1/24000，全球估計(jì)有450000人受此疾病的影響。主要的防治方法有：新生兒篩查、低Phe飲食治療、酶替代療法、基因治療（臨床試驗(yàn)階段）等。PKU具有遺傳異質(zhì)性，在全球范圍內(nèi)，PKU患者中報(bào)告了1,000多種PAH變體[3]。其中，c.1222C > T（p.Arg408Trp，R408W）突變是全球最常見的致病性PAH變體，發(fā)生在約22.2%的PKU患者中[4]。



南模生物苯丙酮尿癥模型



南模生物長(zhǎng)期助力罕見病基因治療研究，構(gòu)建了Pah-R408W苯丙酮尿癥模型，可用于相應(yīng)的機(jī)制研究，挖掘更多潛在的罕見病創(chuàng)新治療方案。


/ Pah-R408W（NM-KI-225103）/


部分驗(yàn)證數(shù)據(jù)：


圖3. Pah-R408W小鼠中Pah基因的mRNA測(cè)序結(jié)果以及鼠源PAH蛋白的WB檢測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，Pah-R408W小鼠模型已出現(xiàn)PAH表達(dá)缺失。


圖4. Pah-R408W小鼠模型體重、大腦重量相較野生型小鼠具有明顯降低。表明Pah-R408W小鼠模型表現(xiàn)出類似人類苯丙酮尿癥疾病的表型特征。



圖5. 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）檢測(cè)Pah-R408W 小鼠血清中的氨基酸代謝物。結(jié)果顯示，與野生型（WT）小鼠相比：L-苯丙氨酸和4-乙酰氨基丁酸在Pah-R408W小鼠中顯著升高；而L-酪氨酸/L-苯丙氨酸比值、5-羥色胺和α-氨基己二酸在Pah-R408W小鼠中顯著降低。這表明在血清中的氨基酸代謝物水平上也模擬了人類相關(guān)表型。


圖6. Pah-R408W小鼠模型行為學(xué)數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)棒及爬桿實(shí)驗(yàn)顯示，與野生型（WT）小鼠相比，Pah-R408W小鼠從旋轉(zhuǎn)棒上跌落的潛伏期顯著縮短，表示Pah-R408W小鼠的5-羥色胺的水平降低影響了運(yùn)動(dòng)功能，與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道相符[3-5]。





對(duì)苯丙酮尿癥的深入研究不僅能改善患者預(yù)后，提升PKU患者的生活質(zhì)量，也可為其他遺傳代謝病的診療提供范式。


南模生物開發(fā)了上百種罕見病相關(guān)小鼠模型，為罕見病的病理研究、藥效評(píng)估和藥物安全性評(píng)價(jià)提供了強(qiáng)有力的工具，部分品系信息如下：



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Reference：

[1]?Harding CO. Prospects for Cell-Directed Curative Therapy of Phenylketonuria (PKU). Mol Front J. 2019 Dec;3(2):110-121. doi: 10.1142/s2529732519400145.

[2] Schuck PF, Malgarin F, Cararo JH, Cardoso F, Streck EL, Ferreira GC. Phenylketonuria Pathophysiology: on the Role of Metabolic Alterations. Aging Dis. 2015 Oct 1;6(5):390-9. doi: 10.14336/AD.2015.0827.

[3] Elhawary NA, AlJahdali IA, Abumansour IS, Elhawary EN, Gaboon N, Dandini M, Madkhali A, Alosaimi W, Alzahrani A, Aljohani F, Melibary EM, Kensara OA. Genetic etiology and clinical challenges of phenylketonuria. Hum Genomics. 2022 Jul 19;16(1):22. doi: 10.1186/s40246-022-00398-9.

[4] Yin et al., Amelioration of metabolic and behavioral defects through base editing in the PahR408W phenylketonuria mouse model, Molecular Therapy (2024), doi.org/10.1016/j.ymthe.2024.11.032.

[5] Yin, S., et al., Enhanced genome editing to ameliorate a genetic metabolic liver disease through co-delivery of adeno-associated virus receptor?(2020), https://doi.org/10.1007/s11427-020-1744-6.



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