ARCH、谷歌组局，靶向mtDNA初创通过小分子+基因编辑逆转线粒体功能障碍，称将开启治疗新时代

线粒体几乎可见于人体所有细胞类型中，它是细胞的 “能量工厂”，为细胞活动源源不断供应能量。其体内存在一套独立于细胞核的遗传物质，人体内的线粒体有 37 个基因，可以编码 13 种蛋白，这些蛋白会参与到细胞能量代谢中。

功能失调的线粒体与 50 多种疾病相关，其中线粒体 DNA（mtDNA）突变更是会导致多种遗传性疾病。据统计，大约 5000 人中就会有 1 个人患有线粒体疾病。目前，尚无针对线粒体相关疾病的有效治疗方法，但对新疗法的转化探索一直在路上。

近日，据外媒披露，ARCH Venture Partners（简称为 “ARCH”）和谷歌风投已落地一家靶向线粒体 DNA 的初创公司 Pretzel Therapeutics（简称为 “Pretzel”），其他投资方还包括阿联酋主权财富基金 Mubadala、意大利国际制药公司 Angelini Pharma 以及 7 家小型 VC 和大学旗下的 VC。

不过，由于该公司目前还未正式走出隐匿模式，ARCH 合伙人和 Pretzel 董事长 Jay Parrish 对于融资金额等细节闭口不提。

值得一提的是，Pretzel 是 ARCH 推出的第二家靶向线粒体 DNA 药物研发公司。早在 2019 年 ARCH 推出了 Epirium，该公司基于对肌肉生物学、组织再生和线粒体功能的深入理解开发小分子药物。

（来源：Pretzel 官网）

“我们正在开发线粒体疾病的领先治疗方法，首先从主要由线粒体突变等问题诱发的罕见疾病突破，如果可行，我们会把治疗范围扩大到与线粒体功能障碍相关的多种疾病种，包括阿尔茨海默病、帕金森病等。” Jay Parrish 说。

Pretzel 在官网也表示，将会开启线粒体治疗的新时代。

知名 VC 组局，两大策略靶向线粒体 DNA

2018 年，在 ARCH 董事总经理 Paul Thurk 的推动下，Pretzel 正式落地运营。Paul Thurk 在 ARCH 有近 20 年基于新技术和新想法孵化公司的经验，同时也有丰富的成功创业经验。不幸的是，他于去年因突发状况去世，享年 52 岁。这家公司也成为他生前的遗珠，他也是 Pretzel 的联合创始人兼名誉主席。

根据外媒报道，成立后的 Pretzel 正在研究 2 种以上靶向线粒体 DNA 的方法，包括基因编辑和小分子等技术。他们计划开发基因编辑疗法和小分子药物，逆转线粒体功能障碍引发的疾病。

用该公司研究人员的说法是，治疗线粒体疾病，无需修复每一个线粒体，只需改变正常与突变线粒体基因的平衡或者增加线粒体的总数即可。也就是说利用编辑技术修复或者构建新的线粒体，这是基因编辑的用武之地；另一方面，采用小分子靶向 mtDNA 的策略，增强患者线粒体的功能。

要实现这两点，则离不开创始团队对线粒体疾病多年的研究积淀。

联合创始人 Michal Minczuk 是剑桥大学 MRC 线粒体生物学项目负责人和 MRC 研究员，他在生物技术领域拥有 20 多年研究经验。他的研究重点是线粒体基因组工程，其实验室为建立线粒体基因缺陷引发的线粒体疾病的遗传基础和分子机制作出了功能。

从 Michal Minczuk 的研究背景来看，该公司计划采用的基因编辑技术大体可能来自他的研究成果。今年 2 月，Michal Minczuk 验证了线粒体碱基编辑工具 DdCBE（derived cytosine base editor）可以在成年和新生小鼠中编辑线粒体 DNA。他们在 DdCBE 序列中插入可以靶向线粒体的基因序列（MTS SOD2，mitochondrial targeting sequence from superoxide dismutase 2），该基因片段在细胞内表达成具有定向作用的多肽，进入线粒体内后，利用 TALEN 的方式定位需要修饰的基因组位点，然后利用碱基编辑器对突变的 mtDNA 进行编辑和纠正。

彼时，他指出，未来有可能出现能够消除线粒体替代疗法复杂性的治疗方法，这种方法可在儿童和成人中修复有缺陷的线粒体。

（来源：Nature Communications）

不过，DdCBE 最初由刘如谦团队开发，他们发现并命名了一种细菌毒素 ——DddA，其可以催化双链 DNA（dsDNA）中胞苷的脱氨，从而将胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U）。基于这一特殊的细菌毒素，该团队开发出了一个能够精准编辑线粒体基因组的全新碱基编辑器 ——DdCBE，这为研究和治疗线粒体遗传疾病提供了一种新工具。

需要说明的一点是，Pretzel 并未与刘如谦团队合作，也暂未获得刘如谦团队的授权，双方对知识产权问题暂未发表观点。

此外，当前修改线粒体 DNA 的方法主要是利用无 RNA 系统的核酸酶，可以应用于编辑线粒体 DNA 的基因工具也就是 TALEN 和 ZFN 技术。早在 2018 年，Michal Minczuk 团队还利用 ZFN 进行了初步探索，他们利用靶向线粒体的锌指核酸酶 （mtZFN）诱导小鼠心脏中突变 mtDNA 特异性清除。

另外两位联合创始人 Nils-Göran Larsson 和 Claes Gustafsson 也是线粒体生物学和基因表达领域的知名学者，他们在线粒体生物学领域拥有近 30 年的研究经验。多年来，一直专注于研究用小分子靶向 mtDNA 的策略，通过提高 mtDNA 复制或转录新蛋白质的速率，尝试增加患者的线粒体功能。

图 | 创始团队，从左到右依次为 Claes Gustafsson、Michal Minczuk、Nils-Göran Larsson、Paul Thurk、Jay Parrish（来源：Pretzel 官网）

Jay Parrish 指出，Pretzel 还将研究细胞核中 DNA 缺陷导致线粒体功能障碍诱发的疾病。他们希望解决这些疾病的根本原因，这也会是 Pretzel 可能会比过去的线粒体公司更成功的关键。

据悉，Pretzel 最初的适应症是线粒体基因突变造成的疾病，后续也会布局更复杂、更难治的疾病，包括阿尔茨海默病和帕金森病等。

Jay Parrish 坦言，Pretzel 目前在研管线处于实验室验证和动物试验阶段，未来可能还存在一些不确定性。

Michal Minczuk 此前也表示，DdCBE 真正能够治疗线粒体疾病之前，显然还有很长的路要走。

“最大的挑战是转化医学部分，相关疗法在试管和动物模型体内的效果与人体效果可能不一样，在体内难以再现体外试验的效果。”Jay Parrish 告诉外媒。

“靶向线粒体 DNA 领域还处于早期阶段”

人体的遗传物质大部分存在于细胞核内，还有一小部分存在于线粒体中。线粒体内 DNA 发生突变，通常会丧失制造三磷酸腺苷的能力，对神经系统和肌肉系统造成损伤，引发母系遗传疾病，比如母系遗传 Leigh 综合征、Leber 遗传性视神经病、共济失调舞蹈病、骨骼肌溶解症等。

目前，线粒体相关疾病还缺乏有效疗法。近年来，随着技术的进步，线粒体移植、基因编辑等方式为治疗线粒体疾病提供了新思路。

（来源：Nature Communications）

线粒体治疗是通过将具有正常功能的线粒体移植到具有线粒体缺陷的细胞中，移植后的线粒体可以在受体细胞内发挥能量生成、恢复细胞活力等功能。

线粒体移植技术指的是取出患病母亲卵子中的细胞核，然后和健康女性捐赠者卵子的细胞质融合，移植完的卵细胞再和父亲的精子细胞结合。这为减少线粒体遗传疾病提供了一种新方法，该技术于 2010 年由英国学者首次实现，通过线粒体移植生育的孩子也被称为 “三亲婴儿”。2015 年，英国通过了此项技术，成为首个允许 “三亲婴儿” 的国家。

基因编辑技术也被视为是逆转线粒体疾病的重要发展方向，其中碱基编辑器表现更为亮眼。上文提到刘如谦团队首次开发出线粒体基因编辑工具 DdCBE，Michal Minczuk 在小鼠上初步验证了 DdCBE，并将碱基编辑器实现转化落地。

除了基于基因编辑技术开发基因疗法之外，研究人员将会通过基因疗法的进展和筛选方法发现更多可以改善细胞线粒体功能的新型小分子化合物。

“整个线粒体领域本身还是比较早期，靶向 mtDNA 的基因编辑疗法尤甚。总体来看，常用的策略是利用小分子化合物、多肽靶向线粒体。” 史家海告诉生辉。

整体来看，利用小分子药物调节 mtDNA 策略相对比较成熟，已经有相关疗法处于临床中后期阶段或者已上市。但是，线粒体基因编辑疗法还处于早期探索阶段，对于初创公司而言，这一细分领域存在更多机会，包括 Pretzel 和 March Therapeutics 等初创公司。

Poxel 于 2009 年从默克雪兰诺公司剥离正式独立运营，其正在开发一系列针对线粒体功能障碍的中晚期候选药物，旗下在研管线 Imeglimin 于 2021 年 6 月在日本获批用于治疗 2 型糖尿病，并于 2021 年 9 月上市；旗下 PXL770 和 PXL065 处于 针对 NASH 的中期开发阶段。

Stealth BioTherapeutics 公司旗下多肽化合物 elamipretide 和 Mitobridge 公司的 PPARδ 调节剂均已处于临床 II 期研究阶段，elamipretide 针对年龄相关性黄斑变性的临床 II 期数据有望在 2022 年第二季度公布。

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