在一系列神經系統疾病中，包括中風、創傷、腦炎和神經退行性疾病，星形膠質細胞會發生顯著的表型變化。亞歷山大病（AxD）是一種主要影響嬰幼兒和兒童的白質營養不良癥，其特征為運動和認知障礙以及癲癇發作。在AxD中，膠質纖維酸性蛋白（GFAP）基因突變導致蛋白在星形膠質細胞中異常積累，形成蛋白聚集體。這些聚集體對星形膠質細胞的結構和功能產生影響，進而導致神經系統功能障礙，對中樞神經系統產生破壞性影響^[1-2]。因此，研究GFAP及其突變對于揭示星形膠質細胞病和亞歷山大病（AxD）的機制，以及開發相關療法具有重要意義。

GFAP、星形膠質細胞和亞歷山大病（AxD）的關系
星形膠質細胞是中樞神經系統（CNS）的關鍵組成部分，它們負責調節離子平衡、神經遞質的攝取和代謝、突觸的形成和穩定，以及血腦屏障的功能^[3]。GFAP是中間絲蛋白家族的一員，其形成的網絡為細胞提供了支持和強度。在星形膠質細胞的發育過程中，GFAP蛋白分子的結合形成了主要的中間絲蛋白，這是其細胞骨架的重要組成部分^[4]。GFAP基因的功能增益型（GOF）突變會導致亞歷山大病（AxD）的發生。AxD是一種進行性退化疾病，其特征包括喪失技能和獨立性，通常在兒童期或成年早期死亡。患者常見的問題包括語言異常、吞咽困難、癲癇發作和協調能力差^[4]。目前，AxD無法治愈，也沒有標準的治療方案。唯一正在進行臨床研究的治療方法是Ionis公司的GFAP反義寡核苷酸（ASO）療法Zilganersen^[5]。因此，對于AxD藥物研發的研究，人們迫切需要更多的臨床前機制和動物研究。
 

亞歷山大病（AxD）中GFAP蛋白的周轉、積累和聚集機制^[4]
 

亞歷山大病（AxD）動物模型
GFAP基因的突變會導致蛋白質錯誤積累，形成名為羅森塔爾（Rosenthal）纖維的異常包涵體，這會對亞歷山大病（AxD）患者的大腦髓鞘（白質）造成破壞。髓鞘是一種覆蓋在大腦神經纖維上的脂肪/蛋白質物質，它可以隔離神經纖維并加速神經沖動的傳遞。然而，當髓鞘受損時，神經沖動的傳遞會被中斷，從而導致神經系統功能嚴重受損^[1]。因此，AxD的一個主要病癥是由于白質缺陷引起的大腦神經元的退行性病變和退化。盡管已經開發出多款AxD小鼠模型，但它們并未能夠表現出這類癥狀或其引起的運動障礙，因此在藥效試驗中，無法評估療法對行為或生活質量的改善效果^[6]。目前，研究人員已經成功開發出了一種能更好地反映人類患者中存在白質損傷和身體癥狀的AxD大鼠模型，并已成功用于評估ASO療法對癥狀的改善效果^[6-7]。因此，在亞歷山大病（AxD）的研究中，大鼠模型可能是更好的選擇。
 

反義寡核苷酸（ASO）成功改善AxD大鼠模型運動缺陷和AxD癥狀^[7]

賽業生物憑借在大鼠繁育、胚胎凍存和基因編輯技術方面的專業知識，致力于推動亞歷山大病（AxD）機制研究和療法開發，尤其是在需要物需要精確地靶向人類基因或mRNA的新型基因編輯療法和小核酸藥物領域。為此，賽業生物開發了SD-hGFAP人源化大鼠模型（產品編號：IR1019），并在此模型基礎上構建了人源化疾病模型，該模型攜帶人類常見嚴重早發型AxD突變（p.R239H）^[8-9]。這些模型可以加速靶向人源GFAP基因的治療方法進入臨床階段，以下是模型的詳細信息。

SD-hGFAP大鼠成功表達人源GFAP基因和蛋白
RT-qPCR檢測結果表明，SD-hGFAP大鼠的小腦（Cerebellum）和脊髓（Spinal Cord）均顯著表達人源GFAP基因，而大鼠內源性Gfap基因的表達則未被檢測到。

SD-hGFAP大鼠體內人源GFAP基因的表達情況

總  結
反義寡核苷酸（ASO）藥物Zilganersen針對人源GFAP基因和mRNA，是目前亞歷山大病（AxD）治療領域的有效且唯一處于臨床階段的療法，展示了通過精準調控GFAP表達治療AxD的巨大潛力。SD-hGFAP大鼠（產品編號：IR1019）高表達人源GFAP基因，對于需要精準靶向人源GFAP的療法研究，該模型和攜帶常見嚴重早發型AxD突變（p.R239H）的GFAP人源化大鼠（構建中）可能是最好的選擇。

此外，賽業生物在阿爾茨海默病（AD）、亨廷頓舞蹈癥（HD）、帕金森病（PD）、雷特綜合征（RTT）、肌萎縮側索硬化癥（ALS）和脊髓性肌肉萎縮癥（SMA）等神經退行性以及中樞神經系統（CNS）疾病的研究領域，同樣開發了一系列遺傳疾病模型、誘導型疾病模型和人源化模型，可供研究人員用于開發針對不同疾病的靶向藥物。

神經疾病精選模型

[1]Hunter’s Hope Foundation. (n.d.). Alexander Disease. Retrieved April 12, 2024, from https://www.huntershope.org/family-care/leukodystrophies/alexander-disease/

[2]BrainFacts.org. (n.d.). Alexander Disease. Retrieved April 12, 2024, from https://www.brainfacts.org/Diseases-and-Disorders/Neurological-Disorders-AZ/Diseases-A-to-Z-from-NINDS/Alexander-Disease

[3]Endo F, Kasai A, Soto JS, Yu X, Qu Z, Hashimoto H, Gradinaru V, Kawaguchi R, Khakh BS. Molecular basis of astrocyte diversity and morphology across the CNS in health and disease. Science. 2022 Nov 4;378(6619):eadc9020.

[4]Hagemann TL. Alexander disease: models, mechanisms, and medicine. Curr Opin Neurobiol. 2022 Feb;72:140-147.

[5]Ionis Pharmaceuticals. (n.d.). ION373. Retrieved April 12, 2024, from https://www.ionispharma.com/medicines/ion373/

[6]Waisman Center, University of Wisconsin-Madison. (2021, November 17). Promising Treatment for Alexander Disease Moves from Rat Model to Human Clinical Trials. Retrieved April 12, 2024, from https://www.waisman.wisc.edu/2021/11/17/promising-treatment-for-alexander-disease-moves-from-rat-model-to-human-clinical-trials/

[7]Hagemann TL, Powers B, Lin NH, Mohamed AF, Dague KL, Hannah SC, Bachmann G, Mazur C, Rigo F, Olsen AL, Feany MB, Perng MD, Berman RF, Messing A. Antisense therapy in a rat model of Alexander disease reverses GFAP pathology, white matter deficits, and motor impairment. Sci Transl Med. 2021 Nov 17;13(620):eabg4711.

[8]Heaven MR, Wilson L, Barnes S, Brenner M. Relative stabilities of wild-type and mutant glial fibrillary acidic protein in patients with Alexander disease. J Biol Chem. 2019 Oct 25;294(43):15604-15612.

[9]Yang AW, Lin NH, Yeh TH, Snider N, Perng MD. Effects of Alexander disease-associated mutations on the assembly and organization of GFAP intermediate filaments. Mol Biol Cell. 2022 Jul 1;33(8):ar69