2024年8月8日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海脑科学与类脑研究中心熊志奇研究员与福建医科大学附属第一医院陈万金教授、临港实验室程学文副研究员团队合作在神经科学期刊《Neuron》杂志发表了题为Antisense oligonucleotides enhanceSLC20A2expression and suppress brain calcification in a humanized mouse model的研究论文。该研究发现调控脑内磷酸根浓度的关键基因、同时也是脑钙化主要致病基因SLC20A2的新型可变剪接调节机制，并据此开发了反义寡聚核苷酸疗法（ASO）。该ASO药物通过增强脑内磷酸根的转运效能，显著降低脑内磷酸根离子的浓度，进而遏制钙化的发生，改善脑钙化的相关症状。这一成果标志着我国在脑钙化症的基因治疗领域取得了全球首创性突破。

人类社会的老龄化与预期寿命延长伴随衰老相关的疾病负担显著上升。机体的衰老过程中，骨骼钙丢失引起骨质疏松，而血管与大脑内出现的异位钙化是心血管疾病与脑功能障碍的重要原因。脑钙化老年人群发生率高达20%，远高于阿尔兹海默症、帕金森氏症等疾病。生理性脑钙化斑块较小且进展缓慢；但病理性脑钙化症发病早，进展快，可出现严重的神经与精神症状，如运动障碍、言语不清、痴呆、头痛、头晕和抑郁等。部分脑钙化患者呈高度家族性遗传，代表性的原发性家族性脑钙化症(PFBC)，患病率近0.6%，通常在40至60岁之间发病。目前临床对于脑钙化的治疗策略主要为对症治疗，尚无基于病理机制的有效干预手段。

得益于相关临床专家和基础研究学者的长期紧密合作，我国在脑钙化症致病基因的鉴定与研究领域处于国际引领地位。2012年，我国学者刘静宇研究员鉴定了原发性基底节钙化首个显性突变致病基因SLC20A2；2018年，福建医科大学陈万金教授与熊志奇研究员团队合作发现首个隐性突变致病基因MYORG。SLC20A2编码一种钠磷共转运体PiT2，其杂合突变占所有已报道原发性基底节钙化病例的60%，造成PiT2表达单倍体剂量不足，导致患者脑脊液磷酸根水平显著上调和钙化发生。

在本次工作中，研究者从数百个脑钙化患者中鉴定了六个原发性基底节钙化家系携带SLC20A2基因的内含子突变并发现SLC20A2基因内含子区域存在着一些隐蔽外显子序列（Cryptic exon），且其中包含提前终止密码子（Premature termination codon）。正常情况下，一条染色体上的SLC20A2转录产物，近一半会整合有隐蔽外显子序列；在流水线一样的mRNA加工过程中，这部分携带有提前终止密码子标签的不合格mRNA转录本会被细胞内的质检机制降解。内含子序列变异造成该条染色体上几乎所有SLC20A2 pre-mRNA序列均变成不合格品，造成患者脑内PiT2表达不足和脑内磷酸根稳态失衡,最终导致脑钙化发生。基于此原理构建的整合人源化突变内含子序列的钙化模型小鼠，出现与临床患者类似的脑脊液磷酸根水平显著升高和年龄依赖的脑钙化病理特征。

在此基础上，研究团队设计筛选了靶向SLC20A2隐蔽外显子序列的ASO药物。在SLC20A2杂合突变患者来源的人成纤维细胞上，ASO干预可以显著上调SLC20A2的mRNA和蛋白质表达。人源化小鼠模型脑室内一次ASO给药，可以实现持续4个月以上的SLC20A2表达修复。进一步检测发现，ASO可以降低脑钙化小鼠的脑脊液 Pi水平，并显著抑制脑钙化的发生与进展。此外，脑钙化沉积和磷稳态失衡引起的神经元退行性病变、神经炎症等病理变化也被ASO有效改善。

图1 ASO疗法的干预原理示意图

熊志奇与陈万金团队合作，致力于从新的致病基因鉴定入手解析神经疾病的机理与研发创新性干预方案。本次研究进展源自前期合作成果：发现脑钙化第一个隐性遗传致病基因MYORG (Neuron,2018)； 通过MYORG特异表达于星型胶质细胞这一现象，揭示了脑内磷酸根离子稳态调控和脑钙化发生发展的分子与细胞机制(Neuron,2024年7月)。此次发现家族性脑钙化症致病基因SLC20A2的新型可变剪接调节机制，并开发了基于反义寡聚核苷酸疗法，是基础研究 “源自临床、回馈临床”的成果体现。与老年痴呆等其他神经退行性疾病相似，脑钙化症的自然病程亦涵盖多个临床阶段，其核心病理改变与症状显现之间存在显著的时间滞后。当前国际社会对脑钙化症认识度不高，轻度脑钙化患者就诊率低，延误最佳的治疗时机。随着人口的老龄化，钙化相关的疾病人数将显著增加。我们仍需推动全社会对脑钙化的认知，普及脑钙化的诊断方法，研究脑内磷稳态与衰老以及退行性疾病的关系。该CRACE（Calcification Repression by ASO-Corrected Expression）ASO干预策略，有望为脑内磷稳态失衡相关的脑钙化患者提供一种病因性的干预方案，阻滞或逆转钙化病理进程。

福建医科大学附属第一医院赵淼博士、临港实验室程学文副研究员、临港实验室陈蕾博士、福建医科大学附属第一医院博士生曾一恒和林凯俊为论文共同第一作者。熊志奇研究员、陈万金教授、程学文副研究员为共同通迅作者。福建医科大学附属第一医院王柠教授、中国科学院脑智卓越中心刘静宇和杨辉研究员为该研究提供了大力支持和指导。空军军医大学唐都医院郭俊主任、贵州医科大学附属医院贺电和刘瑛主任、希望组生物科技公司操振华、鲁兵利提供了部分临床样本。脑智中心和临港实验室的动物、光学和分子平台的同仁，以及相关研究组的同学与同事为该工作提供了重要支持。本项目受到科技部2030-脑科学重大专项、国家自然科学基金、福建省科委和卫健委、上海市科委和临港实验室的经费资助。