2023年11月，bet356在线官方网站柴人傑教授團隊聯合上海科技大學鐘桂生團隊共同在《Molecular Therapy》（IF=12.4）在線發表題為“Critical role of TPRN rings in the stereocilia for hearing”的研究論文。此研究發現遺傳性耳聾緻病蛋白TPRN在靜纖毛根部的錐形區域形成環狀結構，環狀TPRN的維持與TPRN的表達量相關，其表達過多或過少均導緻環狀結構的破壞，從而導緻聽力損傷。為獲得适量的TPRN重新表達，研究人員利用錘頭狀核酶（Hammerhead ribozymes，HHR）結合廣譜啟動子去控制AAV遞送的TPRN表達量，實現了體内TPRN的适量表達，恢複了Tprn敲除鼠毛細胞裡的TPRN環狀結構，最終恢複了耳聾模型小鼠的聽力。該研究詳細解析了Tprn的緻聾機制，并為臨床應用AAV介導的基因治療預防和治療TPRN突變引起的DFNB79提供了一種潛在治療方法。bet356在线官方网站柴人傑教授、上海科技大學鐘桂生研究員為本文的共同通訊作者。bet356在线官方网站至善博士後齊潔玉、副研究員談方志、博士後張李燕為本文的共同第一作者。論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2023.11.011
世界衛生組織發布的最新聽力報告指出，目前全球超過4.3億人患有聽力損失，到2025年聽障人士可能增加至7億。遺傳物質突變是導緻先天性耳聾的主要病因之一，超過150個基因的突變與人類非綜合征性耳聾的發生發展有關。目前，臨床上治療耳聾的方法主要局限于助聽器和人工耳蝸，還沒有針對人類遺傳性聽力損失的生物治療方法。
bet356在线官方网站柴人傑教授團隊長期緻力于理解聽力相關骨架蛋白結構與功能的關系。前期，與上海科技大學鐘桂生組利用超分辨率顯微技術發現了血影蛋白Spectrin（Sci Adv. 2019）以及肌動蛋白F-actin（Cell Discov. 2019）在聽力毛細胞表皮闆中的規律性超微結構，并揭示了該結構對聽力發育的關鍵作用。毛細胞表面的纖毛能感知聲波震動，其内的骨架蛋白是否也有規律性結構，以及這些骨架結構對于聽力功能和耳聾基因治療的意義尚未有深入研究。内耳毛細胞（hair cells，HCs）是聽覺上皮組織中的聲音感受器。毛細胞通過其表面的靜纖毛感知并轉導聲音信号。靜纖毛主要包含平行的肌動蛋白纖維束，其在肌動蛋白相關蛋白的作用下交聯排列。靜纖毛直徑在與毛細胞胞體的連接處迅速變窄，該區域稱為錐形區域（taper region），為靜纖毛挺立提供剛性支持。TPRN因其定位于錐形區域而得名。TPRN由耳聾基因Tprn編碼，Tprn的突變導緻小鼠和人類遺傳性聽力損失，但潛在分子機制尚未被闡明。
研究人員使用受激發射損耗顯微技術（stimulated emission depletion microscopy，STED），發現TPRN在靜纖毛根部的錐形區域形成環狀結構，該結構在與之存在相互作用的CLIC5和PTPRQ的作用下保持穩定，三者形成的複合物可能排列成同心圓環結構。進一步，研究人員通過肽段競争性結合、Tprn過表達和Tprn敲除試驗破壞TPRN環狀結構會導緻嚴重的靜纖毛退化和聽力損失。首先，通過破壞TPRN和CLIC5的相互作用，引發環狀TPRN解體，會造成靜纖毛的缺失或融合，小鼠聽力受損嚴重。随後，研究人員發現Tprn具有劑量效應。Tprn過表達的毛細胞中，TPRN表達定位改變，環狀TPRN也被解體，小鼠的靜纖毛出現更為嚴重的損傷；而在Tprn敲除小鼠中，小鼠的靜纖毛也出現較為嚴重的損傷。因此，研究人員認為Tprn的表達量對于環狀結構和聽力的維持至關重要。
因此，研究人員在利用靶向毛細胞的腺相關病毒AAV進行的Tprn基因治療研究設計中，使用了改良的I型錘頭狀核酶（Hammerhead ribozymes，HHR）（Nat Biotechnol. 2020. PMID: 31873216），以達到恢複聽力功能的目的。錘頭狀核酶HHR是一種能夠催化RNA剪切反應的功能核酸大分子，可在特定的位置對底物RNA進行剪切，降低轉錄活性。該研究結果表明HHR的變體N107v1遞送的外源Tprn可以在Tprn缺陷小鼠中再現環狀TPRN結構并有效恢複受損的聽力。
綜上所述，該研究确定了TPRN在維持耳蝸結構和聽力功能中的作用：使用超分辨率成像方法表征了TPRN-CLIC5-PTPRQ在靜纖毛中的組織和模式，并發現環狀TPRN的空間組織在聽力功能中以劑量依賴的模式起關鍵作用。TPRN環的破壞會導緻聽力受損，反之AAV介導的環狀TPRN恢複可以部分挽救聽力受損。該研究為AAV介導的基因治療提供了新的角度，提示某些遺傳性疾病的治療需要特别關注治療劑量以規避毒性效應。
該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國博士後創新人才支持計劃等多個基金的資助。(齊潔玉、談方志)
