骨关节炎(Osteoarthritis, OA)是一种常见的退行性关节疾病,严重影响全球数百万患者的生活质量,目前尚无根治的方法,现有疗法主要用于缓解疼痛或进行关节置换手术。

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β-catenin和Indian hedgehog (Ihh) 信号通路在OA的发生发展中起重要作用,过度激活这两条通路会导致关节组织的退变和骨赘的形成。虽然传统的CRISPR/Cas9基因编辑技术在OA研究中展现出了巨大的潜力,但它也可能带来一些风险,比如导致不可逆的DNA双链断裂以及染色体重排等。因此,基于RNA的干扰方法正逐渐受到更多关注。
CRISPR/Cas13家族是一种新兴的RNA编辑工具,CasRx (RfxCas13d) 是该家族中一种高效且特异性强的亚型,可实现精准的单链RNA降解,而不会对DNA造成永久改变。
近期,中科院深圳先进技术研究院陈棣教授团队在医学和遗传学一区期刊Genes & Diseases 杂志发表题为CRISPR/CasRx-mediated RNA knockdown targeting β-catenin and Ihh signaling alleviates osteoarthritis文章,通过采用CRISPR/CasRx技术同时靶向Ctnnb1 (编码β-catenin) 和Smo (Ihh信号传导所需的受体),首次在体内验证了CRISPR/CasRx技术在骨关节炎治疗中的应用潜力。
3.联合靶向显著抑制OA进展:同时靶向Ctnnb1和Smo的crRNA组合显著减少了OA相关关节结构损伤,降低了软骨缺损面积和骨赘体积。
3.体内实验设计:通过Destabilization of Medial Meniscus (DMM) 手术建立OA小鼠模型。术后10天注射AAV5-CasRx-S9C7组合,连续3个月观察关节变化。使用Micro-CT和组织学染色评估关节损伤程度,包括软骨缺损、骨赘形成等。

图1 CasRx在体外高效且特异性地敲低Ctnnb1和Smo转录本
2.关节保护效果:在DMM手术组小鼠中,CasRx-S9C7治疗组的关节结构损伤显著减轻(图2):
- OARSI评分显著降低,提示软骨缺损面积减少;
- 骨赘体积显著减小,关节软骨中Col2a1表达水平上调,提示软骨基质代谢恢复。

图2 CasRx介导的Ctnnb1和Smo敲低阻止了骨关节炎(OA)膝关节的退变
3.减少炎症因子表达:MMP13和Adamts5等基质降解酶的表达水平显著降低(图3),提示该技术在抑制OA相关炎症方面的潜力。

图3 CasRx介导的基因敲低降低了组织中骨关节炎(OA)相关因子的表达水平