精氨酸酶缺陷是一種罕見的遺傳疾病，會導致血液中氨基酸精氨酸的積累。然而，當嬰兒蹣跚學步的時候，他們的肌肉開始僵硬，隨後出現癲癇、震顫和發育遲緩，隨著時間的推移，該病可導致嚴重的智力障礙。

加州大學洛杉磯分校的科學家們已經開發出兩種新的方法，將具有功能的精氨酸酶基因拷貝傳遞給缺乏精氨酸酶的小鼠。一種方法是每3天給小鼠治療一次，使用微小的納米顆粒攜帶精氨酸酶RNA進入肝髒。另一種使用病毒將精氨酸酶DNA帶到肝髒;如果在2- 4天大的老鼠身上進行正確的用藥，一次劑量就可以防止動物身上出現精氨酸酶缺乏的症狀。

加州大學洛杉磯分校(UCLA)的外科教授、兩項研究的資深作者Gerald Lipshutz博士說："我們處在基因組學和遺傳學創新的時代，我們可以為遺傳性疾病患者帶來新的靶向治療。這些療法一開始可能隻會讓少數患有罕見或罕見疾病的人受益，但最終會得到更廣泛的應用。"

精氨酸酶缺乏症是由精氨酸酶基因ARG1缺失或突變引起的，在美國每100萬出生的嬰兒中就有一個受到這種疾病的影響。精氨酸酶是肝髒中六種蛋白質之一，它們在分解和清除體內精氨酸的過程中發揮作用。如果沒有精氨酸酶的作用，精氨酸就會在血液中積聚並引起問題，主要發生在大腦中。

許多患有這種疾病的人試圖用嚴格的蛋白質限製飲食來治療，這有助於他們從一開始就避免攝入氮和精氨酸。也有一些藥物可以去除血液中多餘的氮，但它們價格昂貴，對大多數人來說不是很有效。

為了幫助他們開發新的治療方法，Lipshutz和他的合作者首先試圖更好地理解精氨酸酶缺乏是如何以一種導致疾病發展和神經症狀的方式影響大腦的。在《JCI Insight》雜誌上發表的一篇論文中，科學家們報告說，缺乏精氨酸酶的小鼠大腦中髓磷脂的含量不到正常水平的四分之一。髓磷脂是一種物質，它像絕緣體一樣包裹著腦細胞，是大腦各區域之間交流的關鍵。

為了測試缺少ARG1是否會導致髓磷脂的丟失，Lipshutz的團隊設計了一種病毒，這種病毒可以攜帶新的ARG1 DNA副本。當研究小組給缺乏ARG1的2天大的老鼠靜脈注射病毒時，它們的髓磷脂不再有缺陷。攜帶病毒的小鼠骨髓細胞水平接近正常。

"隻要一劑藥，我們就可以防止這些大腦異常，"Lipshutz說。"從幾乎沒有髓鞘形成到接近正常是非常戲劇性的。"

研究其他遺傳疾病的研究人員已經研究過使用病毒將健康的DNA傳遞給病人。來自這些研究的數據表明，這種療法可能會在多年後失效。由於接受遺傳疾病治療的患者中接受此類治療的相對較少，研究人員仍必須確定是否同樣的現象也發生在人類身上。然而，Lipshutz說，一種以病毒為基礎的療法取代ARG1確實有可能在人體中發揮作用。

Lipshutz和他的同事目前正在研究取自精氨酸酶缺乏症患者的細胞以確定他們是否也有髓鞘形成缺陷，他們計劃探索大腦中精氨酸含量高和髓鞘的損失之間存在的分子聯係，從而找到其他目標藥物來治療精氨酸酶缺乏症。

在發表於《PNAS》上的第二篇論文中，Lipshutz與馬薩諸塞州劍橋的Moderna公司合作開發了一種納米顆粒，這種顆粒可以將精氨酸酶蛋白的RNA編碼傳遞到肝髒。沒有任何功能的ARG1的小鼠很快出現了精氨酸酶缺乏的症狀，並在22天內全部死亡;然而，接受納米顆粒治療的小鼠在11周後仍然存活，沒有任何疾病症狀。然而，該藥物必須每三天服用一次，以持續補充肝髒中的精氨酸酶水平。

"隻要我們繼續給予治療，這些動物的血液中就有完全正常的代謝物，"Lipshutz說。

他說，這項新研究證實，以肝髒為基礎的治療可以有效地治療全身的精氨酸酶缺乏症。需要進一步的研究來確定納米顆粒為基礎的精氨酸酶治療是否安全有效。