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AI赋能破局,创新AAV基因疗法有望改写遗传性心肌病治疗格局!
AI赋能破局,创新AAV基因疗法有望改写遗传性心肌病治疗格局!
▉ 导语 ▉突破AAV载体包装极限，填补ALPK3突变心肌病治疗空白 肥厚型心肌病 (hypertrophic cardiomyopathy, HCM) 是最常见的遗传性心脏病，发病因素及临床分型不尽相同，主要表现为左心室流出道梗阻和心肌非对称性肥厚，易引起心源性猝死和恶性心律失常，严重危害患者的生存及健康。目前已发现29个基因，至少1500个突变位点与HCM发病密切相关，其中大部分突变来自9种常见的肌小节致病基因。 α蛋白激酶 (alpha-protein kinase 3, ALPK3) 基因在心肌细胞分化及心脏发育过程中发挥着重要作用，约占肥厚型心肌病病例的2%。近年来，有关ALPK3基因截短变异 (ALPK3 gene truncating variant, ALPK3tv) 杂合变异导致肥厚型心肌病患者的报道也逐渐增多，均无任何获批的疾病修饰疗法，治疗上仍以减轻患者症状和防治并发症为主。 近日，来自澳大利亚Murdoch儿童研究所的James W. McNamara团队在国际著名期刊Nature Cardiovascular Research上发表了题为Alpha protein kinase 3 gene therapy restores heart function in mouse and human models of cardiomyopathy的研究论文。研究团队采用AI虚拟敲除技术并结合多组学验证机制首次证实，采用AAV9载体介导的ALPK3基因递送策略可显著改善心肌病模型小鼠及人源诱导多能干细胞 (iPSC) 来源心肌细胞的收缩功能障碍，为致死性遗传性心肌病的靶向基因治疗提供了全新干预路径与临床转化潜力。 
ALPK3基因的编码区长约5.1 kb，超出了AAV载体约4.7 kb的包装能力。为克服AAV包装容量限制，使用心肌特异性TNNT2启动子、替换polyA序列并去除非调控间隔序列后设计了两套AAV载体系统：一套是用于全身性递送的AAV9-ALPK3，另一套则搭载心肌特异性启动子cTnT (即AAV9-cTnT-ALPK3)，可将ALPK3基因精准表达限制在心肌组织。 与此同时，研究团队还建立了覆盖功能丧失-点突变-获得性应激三类场景的动物模型体系：ALPK3基因敲除小鼠模拟人类 ALPK3功能丧失型突变所致心肌病；携带人源肥厚型心肌病 (HCM) 致病突变 p.R328W的转基因小鼠复现经典遗传背景；经主动脉缩窄术 (TAC) 诱导的压力超负荷性心衰模型则用于评估疗法在非遗传性心脏损伤中的潜力。 实验结果显示，P0新生小鼠腹腔注射2.5×10¹¹ vg的AAV9-TNNT2-ALPK3后，在12周龄时治疗组Alpk3ᴷᴵ/ᴷᴵ小鼠的心重/体重比降低63%，接近野生型水平。短轴缩短率从14%恢复至27%，左室舒张末期内径、后壁厚度和等容舒张时间等结构及舒张功能参数几乎完全恢复正常。 
6周龄时 (成年期) 尾静脉注射×1014的AAV9-TNNT2-ALPK3，在18周龄时治疗组短轴缩短率恢复至约27%，左室质量降至野生型水平，舒张功能完全恢复正常。这一结果证明AAV介导的ALPK3基因治疗不仅可以阻断疾病进展，更能主动修复细胞层面的成熟病理损伤，为晚期遗传性心肌病患者带来治愈可能。而进一步的蛋白组学分析显示，超过95%的分子疾病特征得到逆转。 
特别值得一提的是，研究团队利用Genformer基础模型对人胎儿心肌细胞开展虚拟基因敲除筛选，意外发现与ALPK3功能缺失协同致病、破坏力最强的基因为肌联蛋白 (TTN)。TTN是已知最大的人类蛋白质，存在于横纹肌肌节中，肌联蛋白异构体的组成和转换是决定和调节健康与心脏病患者肌联蛋白硬度的重要因素。近年来的研究发现，TTN截短突变 (TTNtv) 是临床最常见的扩张型心肌病致病诱因之一，但其基因片段较大 无法通过传统基因替代疗法治疗，是心肌病领域的长期治疗难题。 
后续实验证实TTN突变心肌细胞中ALPK3表达呈基因剂量依赖性降低，而AAV6介导的ALPK3补充治疗，可完全恢复TTN突变心脏类器官的收缩功能，逆转蛋白病变与细胞骨架紊乱，且在野生型心肌组织中无过度表达毒性，安全性优异。这种“一疗双病”的创新发现跳出了单基因缺陷对应单一靶向修复的的传统思维，开创了上游蛋白稳态调控、下游多病因修复的全新治疗范式，为携带超大基因缺陷类心肌病的临床干预提供了新路径。
资料来源 [1].McNamara, J.W., et al. Alpha protein kinase 3 gene therapy restores heart function in mouse and human models of cardiomyopathy. Nat Cardiovasc Res (2026). 5, 795–806 . [2].洪陈亮,丁仙红,卢扬,等. ALPK3基因杂合截短变异致肥厚型心肌病1个家系的遗传学重分析并文献复习 [J]. 中华医学遗传学杂志,2025,42(11):1337-1346. [3].其他公开资料 
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撰文/排版/编辑：基因狐 转载、投稿、合作请联系：25378137@qq.com
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点击蓝字关注“基因狐” 获取更多精彩内容~ALPK3基因在心肌细胞分化及心脏发育过程中发挥着重要作用，约占肥厚型心肌病病例的2%。近日，来自澳大利亚Murdoch儿童研究所的研究团队证实，AAV9介导的ALPK3基因治疗可显著改善心肌病小鼠模型及人iPSC来源心肌细胞的收缩功能障碍，为致死性遗传性心肌病的靶向基因治疗提供了全新干预路径与临床转化潜力。
▲ 来源:iStock
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为深度解析治疗分子机制，研究团队开展蛋白质组与磷酸化蛋白质组联合分析。结果显示，ALPK3缺失会引发1612种蛋白差异表达，全面扰乱肌小节结构、蛋白泛素化、热休克应答、蛋白水解等核心通路。给与AAV9-ALPK3基因治疗后，95%的疾病相关蛋白组异常得到逆转，磷酸化蛋白质组逆转率高达98%。紊乱的粗细肌丝蛋白比例恢复平衡，肌小节M带关键E3连接酶TRIM54/55/63表达上调，蛋白酶体活性恢复正常，全方位修复心肌细胞蛋白稳态网络，从分子层面彻底阐明了ALPK3基因疗法的治疗原理。
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