近年来，基因疗法在遗传病治疗中取得了很大进展【1】。然而，对组织损伤等复杂疾病，基因治疗策略的有效性和安全性主要取决于组织再生关键基因在时间和空间的准确表达。因此，基因表达的精确调控是再生医学领域的主要挑战之一。

不同物种和器官的损伤修复能力差异巨大。斑马鱼等低等脊椎动物可以在成年后修复受损的心脏等重要器官。相比之下，哺乳动物的组织再生能力随着发育和成熟而降低，心脏等重要器官的组织修复能力在成年后逐渐丢失【2,3】。与斑马鱼等再生模式生物的比较研究可为哺乳动物的组织损伤修复提供新思路。

美国杜克大学Dr. Kenneth Poss课题组长期致力于组织再生模型的建立及机制研究。曾于2016年在Nature杂志上报道斑马鱼体内存在一种调控序列，当组织受损时，该序列可以快速启动受损区域的基因表达，促进受损组织的修复，并在组织修复后及时关闭基因表达。这种调控序列被称为“组织再生增强子”（Tissue-Regeneration Enhancer Elements, TREEs）【4】。然而，斑马鱼调控序列TREEs 是否能被成年哺乳动物的转录调控系统所识别，进而精确调控受损组织中的靶基因表达，启动组织修复仍待探索。

2022年12月13日，美国杜克大学Dr. Kenneth Poss实验室（颜若蓉博士和Valentina Cigliola博士为共同第一作者）在Cell Stem Cell杂志发表题为An enhancer-based gene-therapy strategy for spatiotemporal control of cargoes during tissue repair的论文，利用斑马鱼的调控序列TREE实现了哺乳动物受损区域的精准修复，为基因治疗提供了全新的思路。

研究人员在小鼠模型中，将TREE和报告基因EGFP构建到AAV载体中，通过尾静脉注射将TREE-EGFP导入体内。在正常非损伤情况，TREE不发挥调控作用，也不启动报告基因的表达。然而，当心肌损伤发生时，TREEs快速而准确地启动报告基因在损伤部位的特异性表达，而在非损伤部位及非靶器官中基本不表达。值得注意的是，心肌受损的30天后尾静脉注射AAV，TREE仍能精确调控靶基因的表达。TREE的这一特点大大拓宽了其本身的应用时间窗口。

为了探索TREE介导的基因疗法是否能够促进心脏修复，研究人员在缺血性心肌病模型中利用TREE来介导Yap5SA在受损部位的表达。研究结果表明，TREE仅在受损部位附近启动Yap5SA的特异性表达，并能促进心肌细胞的增殖，进而改善缺血性心肌病小鼠的心功能指标。这一结果揭示了TREEs在精准基因治疗应用的巨大潜能。

另外，TREEs也可以和CRISPR-dCas9转录调控系统结合，精确调控内源性基因的表达。值得一提的是，研究人员也在大型哺乳动物上展现了TREEs在基因调控上的应用潜能，并发现TREE的调控特性也可以应用于肌肉、骨骼等其他损伤模型中。综上所述，TREE的发现及应用为基因治疗提供了新的思路，将为心血管等疾病患者提供一种更安全、更高效的治疗策略。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(22)00459-3


参考文献

1. Kuzmin, D.A., Shutova, M.V., Johnston, N.R., Smith, O.P., Fedorin, V.V., Kukushkin, Y.S., van der Loo, J.C.M., and Johnstone, E.C. (2021). The clinical landscape for AAV gene therapies. Nat Rev Drug Discov 20, 173-174. 10.1038/d41573-021-00017-7.

2. Laflamme, M.A., and Murry, C.E. (2011). Heart regeneration. Nature 473, 326-335. 10.1038/nature10147.

3. Xin, M., Olson, E.N., and Bassel-Duby, R. (2013). Mending broken hearts: cardiac development as a basis for adult heart regeneration and repair. Nat Rev Mol Cell Biol 14, 529-541. 10.1038/nrm3619.

4. Kang, J., Hu, J., Karra, R., Dickson, A.L., Tornini, V.A., Nachtrab, G., Gemberling, M., Goldman, J.A., Black, B.L., and Poss, K.D. (2016). Modulation of tissue repair by regeneration enhancer elements. Nature 532, 201-206. 10.1038/nature17644.