从发病机制到基因疗法解读杜氏肌营养不良症（DMD）及相关小鼠模型

2023年，FDA全年批准了5款基因疗法，适应症全部指向罕见病。其中有一款格外特殊——它是全球首个也是目前唯一获批用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD）的基因疗法。

DMD究竟是一种什么病？为什么这么难治？基因疗法又是如何突破的？本期「实鼠罕见」，小编带大家系统梳理DMD的发病机理、临床特征，以及当前主流治疗策略的最新进展。

1. 杜氏肌营养不良：一场"读码框的灾难"
杜氏肌营养不良（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）是一种X连锁隐性遗传的致死性肌肉疾病。由于致病基因位于X染色体，绝大多数患者为男性。

发病根源在于：患者X染色体上的 DMD 基因发生突变，导致其编码的抗肌萎缩蛋白（dystrophin）缺失或功能丧失。失去 dystrophin 支撑的肌膜在肌肉收缩时结构稳定性下降、反复断裂，最终引发肌细胞大规模坏死。

[图 1. 杜氏肌营养不良示意图]

这绝非小众疾病。全球每 3500～6000 名新生男婴中就有 1 名 DMD 患儿；中国是DMD患病人数最高的国家之一，每年新增患儿 400～500 例，累计患者高达 7～8 万人。

2. DMD 基因：人类最大的编码基因，也是突变"重灾区"
DMD 编码基因位于 Xp21.1，全长约 2220 kb，含 79个外显子，cDNA 长 14 kb——这是迄今已知人类最大的编码基因。

常见突变类型

• 外显子缺失（55%～65%）：最常见，缺失导致读码框移位，dystrophin 翻译提前终止
• 点突变（约 25%）：多为无义突变，直接产生终止密码子
• 重复突变（约 8%）：外显子重复插入，同样破坏读码框

Dystrophin 蛋白的功能
Dystrophin 主要分布于骨骼肌和心肌细胞，通过 N 端连接细胞骨架、C 端连接细胞膜，发挥"减震支架"的作用，保护肌细胞膜在反复收缩中不受损伤。
 

[图 2. Dystrophin 蛋白结构示意图]

DMD vs BMD：同基因，不同命运
同样是 DMD 基因突变，导致 Becker 肌营养不良（BMD）的突变类型为整码突变——读码框未移位，dystrophin 虽有部分缺失，但 N 端和 C 端功能域得以保留，症状因此轻得多。这一"整码 vs 移码"的差异，也成为外显子跳跃疗法设计的理论依据。
 

图3. dystrophin蛋白 [3]

3. 临床特征：从"走路姿势异常"到"心肺衰竭"
DMD 的病程进展有明确的时间轨迹，小编整理如下：

• 2～5 岁：首发症状出现，四肢近端两侧对称性肌无力，坐站困难，上下楼费力，可见"鸭步"或 Gowers 征（用手撑膝站起）
• 7～12 岁：病情持续加重，累及心肌和呼吸肌，丧失独立行走能力
• 20 岁前：大多数患者因心肺功能衰竭死亡，预后极差

[图 4. 杜氏肌营养不良发展进程]

[图 5. 治疗 DMD 的主要/辅助疗法概览]

路线一：基因递送疗法（微抗肌萎缩蛋白策略）
思路是在患者肌细胞内重新表达有功能的 dystrophin。主流载体是腺相关病毒（AAV），但 AAV 装载上限约 4.5 kb，远小于 DMD 全长 cDNA（14 kb）。

解决方案是设计一个保留关键结构域的缩短版——微抗肌萎缩蛋白（microdystrophin），虽然序列更短，但能承担大部分 dystrophin 的功能。

[图 6. microdystrophin 示意图]

2023年6月获批的 SRP-9001（elevidys）正是这一策略的代表。临床前数据显示，SRP-9001 转基因可成功递送至肌肉细胞，平均每个细胞核内载体基因拷贝数达 3.87，且能在目标组织（肌纤维）稳定表达 microdystrophin。临床试验中，患者接受治疗 1 年后的运动能力显著优于对照组。

路线二：外显子跳跃疗法
利用反义核酸（反义RNA或单链DNA）与突变 DMD 基因转录出的 pre-mRNA 结合，诱导"跳过"致病外显子，从而恢复读码框，产生具有部分功能的 dystrophin 蛋白。
 

路线三：基因编辑疗法
直接用基因编辑技术将突变外显子完整切除，后续外显子以正确读码框翻译，产生有部分功能的重组蛋白。需注意：

• 局限性：这些蛋白不能完全防止肌肉损伤；一旦发生大规模肌肉损伤，被编辑的细胞核会消失
• 卫星细胞问题：肌肉干细胞（卫星细胞）不吸收 AAV，修复后的肌肉仍携带原始 DMD 变异，存在复发风险

路线四：终止密码子通读
约 13% 的 DMD 患者是由无义突变（产生过早终止密码子）引起。终止密码子通读策略使用特定化合物与转录蛋白复合物结合，使其"忽略"该终止密码子、继续翻译，产生全长或接近全长的 dystrophin 蛋白。

路线五：干细胞疗法
从正常供体分离肌肉干细胞，体外培养后注射至 DMD 患者肌肉组织，利用干细胞的分化和修复能力重建功能肌肉。目前最大瓶颈在于干细胞移植效率偏低，仍处于早期研究阶段。

5. 全球 DMD 药物研发现状
据不完全统计，进入临床阶段的 DMD 相关药物已达 12 种，获批上市 1 种，大多数为基因疗法：

图 9. 全球 DMD 药物研发管线（部分）

数据来源：公开资料整理，仅供参考

6. 南模生物 Dmd 基因修饰小鼠模型
罕见病研究离不开高质量的动物模型。南模生物长期深耕 DMD 相关模型构建，已建立多种 Dmd 基因修饰小鼠，涵盖功能机制研究和药效评估两大需求。

✦ 模型验证数据：Dmd-Q995X 点突变小鼠
Dmd-Q995X 为南模生物自主构建的 DMD 点突变模型，已通过多项表型验证：

• 肌力下降：抓力测试显示模型小鼠肢体抓力显著低于野生型
• 肌肉病理改变：骨骼肌 HE 染色可见肌间隙增宽、肌纤维大小不均、细胞核聚集、炎性细胞浸润，呈现典型 DMD 病理特征

[图 9. Dmd-Q995X 小鼠 (A) 肌肉 HE 染色，(B) 肢体抓力

除 Dmd-Q995X 外，南模生物还提供多种 Dmd 相关基因修饰小鼠，可支持基因功能、治疗策略验证及药效评价等多类研究场景，具体品系信息欢迎咨询。

动物状态以实际咨询为准

DMD 是一场与时间的赛跑——每一年的研究进展，都可能为患儿争取更多时间。南模生物将持续助力罕见病基因治疗研究，为科研人员提供可靠的模型工具。下期「实鼠罕见」，小编将继续带大家认识更多罕见病，欢迎持续关注！点击文末阅读原文！

关于我们
上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，简称"南模生物"），成立于 2000 年 9 月，是一家上交所科创板上市高科技生物公司（股票代码：688265），始终以编辑基因、解码生命为己任，专注于模式生物领域，打造了以基因修饰动物模型研发为核心，涵盖多物种模型构建、饲养繁育、表型分析、药物临床前评价等多个技术平台，致力于为全球高校、科研院所、制药企业等客户提供全方位、一体化的基因修饰动物模型产品解决方案。

参考文献
[1] Duchenne muscular dystrophy causes, symptoms, diagnosis, treatment & life expectancy. healthjade.net
[2] Jones D. Duchenne muscular dystrophy awaits gene therapy. Nat Biotechnol. 2019;37:335-337. doi:10.1038/s41587-019-0103-5
[3] Aartsma-Rus A, Ginjaar IB, Bushby K. The importance of genetic diagnosis for Duchenne muscular dystrophy. J Med Genet. 2016;53(3):145-151.
[4] What is Duchenne muscular dystrophy? duchenneandyou.eu
[5] Verhaart IEC, Aartsma-Rus A. Therapeutic developments for Duchenne muscular dystrophy. Nat Rev Neurol. 2019;15(7):373-386.