治疗遗传性耳聋，上科大团队新技术登上《神经元》！有望带来精准基因治疗 | 专家点评

听力损失是人类最常见的感官障碍之一，全球约有4亿人深受困扰。约60%的先天性听力损失由基因突变引起，目前已发现超过100个与非综合征性听力损失相关的基因。近年来，腺相关病毒（AAV）介导的基因疗法在遗传性耳聋治疗中展现出潜力。不过，现有技术仍面临着多项挑战。

目前，人们对大剂量AAV载体的安全性仍存在担忧，其脱靶效应可能引起肝毒性甚至是肝细胞癌风险。此外，作为听觉的核心器官，耳蜗细胞类型的复杂性也向基因递送的精准靶向提出了更高的要求。如何在耳蜗等复杂微环境中实现对疾病相关基因的精确、靶向调控，一直是遗传性耳聋治疗领域面临的巨大挑战。

4月21日，上海科技大学iHuman研究所钟桂生课题组在《神经元》（Neuron）期刊发表研究成果，提出并验证了一种创新的体内转录增强子重构技术——ARBITER（AAV reporter-based in vivo transcriptional enhancer reconstruction），成功解析并优化了耳聋关键基因的特异性增强子，在遗传性耳聋的精准基因治疗中展现出巨大潜力。

我们的耳蜗内有多种细胞类型，包括毛细胞（又细分为外毛细胞和内毛细胞）、支持细胞和螺旋神经节神经元等，每种细胞都包含了对听力至关重要的细胞特异性基因。

钟桂生团队独创的ARBITER系统，将AAV载体与体内增强子高通量筛选结合，实现了对耳蜗内不同类型毛细胞的定向递送和精准表达，有效克服了以往病毒递送脱靶、不安全、剂量高等难题。

利用ARBITER系统，研究团队成功鉴定出外毛细胞特异性Slc26a5和毛细胞特异性Myo7a这些耳聋关键基因的增强子。这些保守非编码序列增强子如精密“指挥棒”，能够特异性驱动外毛细胞对重要蛋白的高效表达，为重建感音细胞功能提供了分子“开关”。

研究团队证实，基因位点内的保守非编码元件（CNE）可作为转录增强子发挥作用。例如，当Slc26a5的两个CNE（E1和E2）同时缺失时，Slc26a5编码的关键运动蛋白prestin就不再表达，引起严重的耳聋。

接下来，作者利用Slc26a5功能障碍小鼠模型，评估了细胞特异性增强子在遗传性耳聋基因疗法中的应用潜力。研究表明，Slc26a5的E1和E2由于表达效率不足，不足以恢复耳聋小鼠的听力。为此，研究团队在对E1和E2的分析中，发现了对于基因表达至关重要的保守模块，并且对这些关键模块进行重新组装，设计出高效的外毛细胞特异性合成增强子——B8。

实验表明，B8增强子实现了外毛细胞近乎100%的转导效率，其介导的Slc26a5递送能够以接近天然表达的模式驱动prestin蛋白表达，并成功恢复了Slc26a5敲除小鼠的听力。其低剂量、高特异性的特点，有望大幅降低治疗风险和成本，惠及全球听障患者。

▲研究团队利用ARBITER系统解析并重组了Slc26a5的调控增强子，结合体内敲除小鼠模型验证了增强子对基因调控的重要作用，并最终将重构的细胞特异性增强子用于基因的精准递送，成功恢复了遗传性耳聋小鼠的听力。（图片来源：参考资料[1]）

此外，该研究还验证了重构增强子在树鼩等模型动物中的保守性与跨物种有效性。ARBITER系统的建立不仅标志着耳蜗基础研究的一项重要突破，也为遗传性耳聋患者带来了切实的治疗希望，并为未来拓展到支持细胞、不同遗传背景与更复杂疾病模型的基因治疗提供了可行方案。此外，ARBITER方法还有助于深入理解非编码序列与转录因子的调控关系，为人类发育与疾病研究打开新窗口。

上海科技大学iHuman研究所副研究员赵思蒙、生命科学与技术学院2021级博士研究生杨秋香、2022级博士研究生于泽华为该论文的共同第一作者，iHuman研究所研究员、生命科学与技术学院常任副教授钟桂生与赵思蒙为共同通讯作者。树鼩模型研究得到了中国科学院昆明动物研究所姚永刚研究员的支持。本研究还得到姚永刚研究员的指导，上海科技大学生命学院常任副教授林照博、常任副教授马涵慧为课题设计和实施提出了关键建议。上海科技大学为第一完成单位。

上海科技大学iHuman研究所钟桂生团队在《神经元》发表的研究展示了ARBITER系统的突破性潜力，这是一项非常重要的工作，不仅仅可用于耳聋基因治疗，对其他组织相关疾病有重要的借鉴意义。ARBITER通过精准筛选保守非编码序列（CNEs），驱动Slc26a5在耳蜗毛细胞高效表达，在耳聋小鼠中显著恢复听力，为耳聋基因治疗提供高效工具。其系统性方法揭示CNEs组合规律，树立内耳基因治疗新标杆，优于当前OTOF治疗的不稳定性。与此同时可以探索ARBITER在支持细胞（如GJB2表达细胞）的应用，拓宽耳聋治疗范围；结合计算模型优化CNEs筛选，加速增强子开发；研究CNEs与转录因子的调控机制，深化内耳发育理解。ARBITER不仅助力听觉疾病的治疗，还为内耳生物学提供新工具。其低剂量、高特异性策略有望降低治疗成本，惠及全球听障患者，推动产业化。

仇子龙教授（上海交通大学）

耳科基因治疗的难点之一，是如何将突变的基因或者基因编辑工具准确的递送进耳蜗中基因突变受累最大的细胞中去。耳蜗中被基因突变影响而导致病人失去听力的细胞类型包括数种高度分化的细胞，如毛细胞（HCs）、支持细胞（SCs）等。如何运用病毒载体例如AAV准确的感染这些细胞，并且高效的在靶细胞中表达外源基因是重要的科学问题。

赵思蒙等人在Neuron上发表的研究通过ARBITER系统为耳蜗基因治疗带来了突破性进展。我高度认可该系统在快速解析耳聾基因增强子方面的创新性和普适性，尤其是在Atoh1、Slc26a5和Myo7a基因增强子识别及优化中的应用，为外毛细胞（OHCs）和HCs特异性表达提供了关键工具。这一成果深化了我们对耳蜗发育中基因调控机制的理解，为遗传性耳聋的安全基因治疗奠定了重要基础。ARBITER可用于其他耳蜗细胞类型（如SCs）的增强子筛选，以覆盖更广泛的耳聋病因，提升治疗的全面性。同时，将优化后的增强子应用于更复杂的耳聋模型，验证其在不同遗传背景下的疗效，加快临床转化进程。期待这一系统尽快在耳聋基因治疗的临床实验中进入实战应用，将耳聋基因治疗的技术水平推向细胞特异性的层面，为患者带来更大的福音。

刘志勇教授（北京生命科学研究所）

细胞类型特异性的AAV载体是基因治疗效果成败的关键因素。上海科技大学iHuman研究所钟桂生课题组在Neuron期刊发表的研究论文展示了一项具有开创性的技术平台——ARBITER（AAV reporter-based in vivo transcriptional enhancer reconstruction）。该系统通过整合我们课题组及其他听觉研究团队此前发布的毛细胞ATAC-seq数据，结合体内增强子筛选与AAV载体技术，成功破解了基因在耳蜗不同细胞亚型中的特异性调控“密码”，为遗传性耳聋的精准治疗提供了全新工具。ARBITER的核心创新体现在以下几个方面：

1. 实现细胞类型特异性的高效靶向：通过体内验证Slc26a5增强子（E1+E2）的功能，ARBITER实现了对耳蜗外毛细胞的高度特异性和高效转导，克服了传统AAV基因治疗在靶向精准性方面的瓶颈。在听觉系统这种结构复杂、细胞类型多样的环境中，这一精准性尤为关键。

2. 展现跨物种验证的转化前景：研究在树鼩模型中验证了增强子序列的保守性及其在体内的安全性，为未来向人类临床转化奠定了坚实基础，也体现了该技术的广泛适应性与前瞻性。

3. 优化增强子以提升临床应用潜力：研究团队通过对原有增强子序列进行拆分与重组，构建出性能更优的新型“人工增强子”，不仅显著提升了基因表达效率，还在保证治疗效果的同时显著降低了所需AAV剂量，为实现低剂量、高效、安全的基因治疗提供了全新范式。虽然ARBITER所用的某些技术模块（如AAV递送或增强子筛选）此前已有报道，但该研究系统性地构建并展示了一个完整的细胞特异性AAV筛选平台，极大地推动了该领域技术的发展。该平台未来也有望被拓展应用于耳蜗中其他细胞类型的基因治疗设计。此外，外毛细胞是耳蜗中对遗传性突变和耳毒性损伤最为敏感的细胞类型之一。本研究中所开发的高效Slc26a5增强子有望进一步应用于其他外毛细胞相关的遗传病治疗，例如KCNQ4突变相关的听力障碍。

我们期待该团队未来进一步拓展ARBITER平台的应用边界，持续为全球听力障碍患者带来突破性的治疗方案。

参考资料：

[1] S.M. Zhao, Q.X. Yang, Z.H. Yu et al., Deciphering enhancers of hearing loss genes for efficient and targeted gene therapy of hereditary deafness. Neuron (2025). DOI: 10.1016/j.neuron.2025.03.023

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