甲基丙二酸血癥（MMA）的精準(zhǔn)治療之路與小鼠模型的前沿探索

想象一下，我們身體的新陳代謝是一個精密運(yùn)轉(zhuǎn)的“化工廠”，成千上萬的“生產(chǎn)線”將各種物質(zhì)分解、合成，為生命提供能量。然而，罕見遺傳代謝病甲基丙二酸血癥（Methylmalonic Acidemia, MMA）的患者，卻面臨著一場“生產(chǎn)事故”：因基因錯誤，一條關(guān)鍵生產(chǎn)線上的核心“機(jī)器”——酶出現(xiàn)故障，導(dǎo)致有毒的“工業(yè)廢料”大量堆積。如果說過去的治療是在“下游”清理這些廢料，那么現(xiàn)在的研究則將目光轉(zhuǎn)向了“上游”，試圖直接修復(fù)出錯的基因，而這一切都始于一個名為MMUT的核心致病基因。

甲基丙二酸血癥（MMA）的疾病表現(xiàn)^[1]

MMUT基因突變與MMA的發(fā)病機(jī)制
甲基丙二酸血癥（MMA）是一種常染色體隱性遺傳的有機(jī)酸血癥，其最常見的病因是MMUT基因的功能喪失性突變。MMUT基因編碼線粒體基質(zhì)中的關(guān)鍵酶——甲基丙二酸單酰輔酶A變位酶（MCM）。該酶以腺苷鈷胺（AdoCbl）為輔酶，催化L-甲基丙二酸單酰輔酶A（L-methylmalonyl-CoA）異構(gòu)化為琥珀酰輔酶A（succinyl-CoA）。這一生化反應(yīng)是纈氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸等支鏈氨基酸以及奇數(shù)鏈脂肪酸分解代謝途徑的終末步驟，同時也是將這些物質(zhì)整合入三羧酸循環(huán)（TCA cycle）的關(guān)鍵樞紐^[1-2]。

MMUT基因突變導(dǎo)致MCM酶活性缺陷，使得L-甲基丙二酸單酰輔酶A無法有效轉(zhuǎn)化為琥珀酰輔酶A，在細(xì)胞內(nèi)大量蓄積。積聚的L-甲基丙二酸單酰輔酶A及其上游產(chǎn)物丙酰輔酶A（propionyl-CoA）會通過替代代謝途徑轉(zhuǎn)化為甲基丙二酸（MA）、丙酸（PA）等多種毒性有機(jī)酸。這些異常代謝產(chǎn)物在體液和組織中累積，通過干擾線粒體能量代謝、誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、抑制尿素循環(huán)等多種機(jī)制，對機(jī)體造成廣泛的細(xì)胞毒性效應(yīng)。臨床上，患者常表現(xiàn)為新生兒期發(fā)作的代謝性酸中毒、高氨血癥、喂養(yǎng)困難和神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，長期可導(dǎo)致生長發(fā)育遲緩、腎功能衰竭、視神經(jīng)病變和不可逆的神經(jīng)系統(tǒng)損傷。

 MMA中的代謝物積累以及相關(guān)治療靶點(diǎn)
（有毒代謝物用紅色矩形表示，當(dāng)前和實(shí)驗(yàn)性治療策略的目標(biāo)由綠色圓圈表示）^[2]

MMA的治療策略：從傳統(tǒng)管理到前沿療法的演進(jìn)
傳統(tǒng)治療手段及其局限性
目前，MMA的臨床標(biāo)準(zhǔn)治療方案主要為對癥支持治療，旨在減少毒性代謝物的生成并促進(jìn)其排出。核心措施包括：（1）嚴(yán)格限制天然蛋白質(zhì)的飲食療法；（2）補(bǔ)充左旋肉堿以促進(jìn)丙�；�的排出；（3）使用抗生素（如甲硝唑）抑制可產(chǎn)生丙酸的腸道菌群。然而，這些方法無法根治疾病，患者依從性差，且仍有發(fā)生急性代謝危象的風(fēng)險。對于重癥患者，肝臟或肝腎聯(lián)合移植是唯一可能改變病程的手段，但其應(yīng)用受到供體短缺、手術(shù)風(fēng)險及術(shù)后終身免疫抑制等因素的嚴(yán)重制約^[2-4]。

面向治愈的新型治療策略
為克服傳統(tǒng)療法的局限性，當(dāng)前的研究焦點(diǎn)已轉(zhuǎn)向旨在從根本上糾正遺傳缺陷的先進(jìn)治療模式。
1、基因替代治療（Gene Replacement Therapy）：該策略利用重組腺相關(guān)病毒（AAV）載體將功能性MMUT cDNA遞送至主要受累器官（主要是肝臟），以期實(shí)現(xiàn)MCM酶的長期穩(wěn)定表達(dá)。大量研究表明，AAV基因遞送療法挽救了MMA致死小鼠模型，并提供了長期表型校正^[5-8]。

2、信使RNA（mRNA）療法：mRNA療法通過脂質(zhì)納米顆粒（LNP）等遞送系統(tǒng)，將編碼正常MCM酶的體外轉(zhuǎn)錄mRNA遞送至靶細(xì)胞。與基因治療不同，mRNA不整合入宿主基因組，從而避免了插入突變的風(fēng)險，且免疫原性較低。其作用是短暫的，需要周期性給藥^[9-10]。由ModernaTX公司開發(fā)的MMA實(shí)驗(yàn)性治療藥物（mRNA-3705）已率先進(jìn)入臨床1/2期試驗(yàn)，其初步數(shù)據(jù)令人鼓舞。

3、基因編輯（Gene Editing）：作為最具顛覆性的潛在療法，基因編輯旨在直接修復(fù)患者自體細(xì)胞中內(nèi)源性的MMUT基因突變。以CRISPR為基礎(chǔ)的堿基編輯（Base Editing）技術(shù)，能夠在不引起DNA雙鏈斷裂的情況下，實(shí)現(xiàn)單個核苷酸的精確替換。這種“分子手術(shù)”式的修復(fù)，理論上可以永久性地恢復(fù)基因功能，達(dá)到一勞永逸的治療效果^[11]。

MMA研究模型：B6-Mmut*M698K/Mmut KO小鼠
上述前沿療法的開發(fā)與臨床轉(zhuǎn)化，高度依賴于能夠精確模擬人類疾病病理生理過程的臨床前動物模型。賽業(yè)生物所研發(fā)的B6-Mmut*M698K/Mmut KO 小鼠（產(chǎn)品編號：C001828）是通過將Mmut基因敲除小鼠（敲除3號外顯子區(qū)域）與Mmut基因突變小鼠（12號外顯子中攜帶p.M698K突變）交配獲得的甲基丙二酸血癥疾病模型。它的一條Mmut等位基因?yàn)楣δ芡耆珕适У那贸�（KO）等位基因（模擬mut⁰突變），而另一條等位基因則攜帶M698K錯義突變。小鼠所攜帶的p.M698K (ATG to AAG)突變等同于人類MMUT基因中的p.M700K (ATG to AAG)突變（模擬mut⁻突變）。

人類MMUT基因p.M700K突變致病性預(yù)測
(https://rddc.tsinghua-gd.org/zh/tool/pathogenicity)

基因表達(dá)檢測結(jié)果顯示，B6-Mmut*M698K/Mmut KO 小鼠的棕脂（BAT）、腎臟（Kidney）、肝臟（Liver）和心臟（Heart）中，mRNA點(diǎn)突變陽性（ATG to AAG），且小鼠Mmut mRNA的表達(dá)水平低于野生型（WT）小鼠。

cDNA測序結(jié)果

RT-qPCR

模型總結(jié)
B6-Mmut*M698K/Mmut KO小鼠（產(chǎn)品編號：C001828）是通過基因編輯技術(shù)構(gòu)建的MMA研究模型，其遺傳學(xué)背景精確模擬了人類MMA的致病機(jī)制。該模型可用于MMA新型療法和治療藥物的篩選、開發(fā)和臨床前安全性評價。