伦敦大学学院(UCL)神经病学教授、医学博士DimitriMichaelKullmann多年来一直在寻找一种方法来治疗受神经发育和神经精神疾病(如癫痫)影响的神经元。“存在巨大的未满足需求，”Kullmann告诉GEN。“许多癫痫患者对药物反应不佳，然后其中一些人接受了侵入性手术，并受到不可逆转的神经功能缺损风险的限制。”

但是现在，Kullmann和包括伦敦大学学院的GabrieleLignani在内的同事可能已经找到了癫痫基因治疗解决方案的战略路径。在发表在《科学》杂志上的一篇研究文章中，由博士生YichenQiu领导的团队提出了一种基因治疗策略，可以下调过度活跃的神经元的兴奋性，并在小鼠和人类迷你大脑的癫痫模型中对其进行了测试。基于AAV的基因治疗方法通过利用对癫痫相关活动做出反应而增加的生化信号降低神经元兴奋性，从而在不干扰正常行为的情况下产生持久的抗癫痫作用。这些结果表明，活性依赖性基因疗法是一种很有前途的按需细胞自主治疗脑回路障碍的方法。

基因疗法吸引了像Kullmann这样的研究人员，将其作为通过以特定区域和特定细胞类型的方式调节神经元兴奋性来治疗这种癫痫症和其他电非典型病症的有前途的策略。然而，这种方法在区分涉及电路病理的神经元和“健康”的周围或混合神经元方面存在局限性。在癫痫的情况下，神经元亚群在癫痫发作期间表现出病理性放电的刻板模式。靶向这些神经元将是朝着副作用最小的合理治疗迈出的重要一步。“挑战在于开发一种治疗方法，可以区分参与癫痫发作的神经元和旁观者或混合神经元，”Kullmann说。

过去，Kullmann和他的同事使用的基因疗法使用组成型启动子来驱动转基因表达。Kullmann说，这个基因治疗问题的关键是构建一些可由电活动调节的组件。“例如，对于化学遗传学，基因疗法可以是永久性的，但药物控制的效果大小在治疗窗口中有更多空间，而不受病毒载体剂量的支配。然而，化学遗传学并没有实现让疗法自动开启和关闭的目标，”Kullmann告诉GEN。

Kullmann说他的同事、伦敦大学学院副教授GabrieleLignani博士提议使用即刻早期基因(IEG)的启动子来标记神经元。IEGs进化为调节其他基因的表达以响应活动。几个生化途径汇聚在IEG上。这些活动依赖性基因通过钙或神经递质响应强烈的神经元活动而开启，并且IEG调节其他基因的转录。IEG启动子先前已被用于驱动光遗传学工具的表达以操纵记忆

Kullmann、Lignani和博士生YichenQiu试图确定一种具有启动子的IEG，该启动子可用于驱动离子通道的转录以稳定神经元兴奋性。“我们对IEG的基因产物不感兴趣，在这种情况下，cFos，”Kullman说。“我们正在获取cFos的启动子，然后利用它来控制治疗性转基因的转录。”

依赖于活动的方法

因此，UCL研究团队创建了一个结构，其中cFos启动子驱动工程化钾通道(EKC)的表达，当该通道过度表达时，会降低神经元兴奋性和突触神经递质释放。在这篇科学研究文章中，Qiu及其同事报告说，他们遵循网络动力学的活动依赖性、细胞自主、按需基因疗法可驱动降低神经元兴奋性的转基因表达。

“[使用IEG]，如果癫痫发作消失，转基因表达将下降到基线并回到基态，就好像神经元没有被修改一样，这是减轻对不可逆操纵的担忧的另一种方式大脑，”Kullmann告诉GEN。“对于参与癫痫发作的神经元，这种方法对于它们是触发癫痫发作还是传播它的下游神经元是不可知的。”

“这里的关键是，这些IEG在癫痫发作时开启的动态范围与神经元的极度强烈活动有关，”Kullmann说。“我们经常被问及[IEG]是否足够‘即时’。它们会开启半个多小时，而典型的癫痫发作持续时间比这短。我们无法阻止最初的癫痫发作。该策略实际上是为了防止下一次缉获。”

伦敦大学学院的研究人员使用许多不同的、复杂的行为测试证明，这种方法特定于参与病理网络活动的神经元，但也有时间限制，因为只要神经元过度活跃，转基因表达就会持续存在。在慢性癫痫模型中，基因治疗方法比以前报道的使用组成型启动子或广泛使用的抗癫痫药物的基因治疗更能降低癫痫发作频率，并且不会对正常行为产生有害影响。

邱认为，这种基因疗法要进入临床还有很长的路要走。“我们收集了一些非常好的数据，表明不存在行为脱靶效应;但话又说回来，从我们现在的位置到诊所还有很长的路要走，”邱说。

令人鼓舞的是，IEG似乎是守恒的。“有数据表明，如果你从接受癫痫手术的人身上取组织，你可以检测到cFos，”Kullmann说。“一项研究表明，这些人在手术前大脑中的病理活动与cFos表达量相关。所以，这是相当保守的。”

人类皮质组合体(hCAs)有效性的初步证据强调了转化潜力。在论文的最后，邱及其同事成功地将基因治疗系统应用于培养皿中的人类微型大脑。“不可否认，这是一个非常精简的系统，但它是人性化的。我们可以利用相同的cFos-EKC通道结构，它会响应化学刺激而开启，这种化学刺激会触发看起来很像癫痫发作的电事件。事实上，与对照病毒相比，这减弱了第二种刺激的影响。原则上，这应该适用于人脑。当然，我们在做出这种说法时必须非常谨慎，因为它是一个与正常大脑相去甚远的模型。”

Kullmann推测癫痫只是一种以神经元群过度活跃为特征的神经精神或神经系统疾病。“有证据表明帕金森病的特定回路过度活跃;与早期精神分裂症或首发精神病一样，”Kullmann说。“抑制它是否会阻止患者在精神分裂症中发展整个病程是一个悬而未决的问题。但是，我们已经用深部脑刺激治疗了一些疾病，这被认为通过抑制特定的神经元而矛盾地起作用，例如帕金森氏症。”

深入交付

关于翻译到诊所的其他问题之一是交付。但是，鉴于活性依赖性基因治疗的组成部分是典型的哺乳动物遗传元件，包装在临床上已经使用的耐受性良好的病毒载体中，因此有一条相对简单的途径进行首次人体研究。更重要的是，Kullmann询问病毒载体如何到达正确的神经元。“对老鼠来说很容易，因为大脑很小;只需注射一次，就能获得很好的覆盖率，”Kullmann说。“当然，这对人类来说更具挑战性，但这并没有阻止人们使用类似于此的病毒载体来治疗其他神经系统疾病。越来越多的人知道如何让这些AAV进入人脑。这将是一段激动人心的旅程。”