2012年,首個基因治療藥物Glybera獲歐盟批準,該藥物基于腺相關病毒(AAV)載體用于家族性脂蛋白脂酶缺乏(LPLD)成人患者的治療。


       去年,FDA批準的第一個體內基因療法是Luxturna,同樣使用AAV作為遞送載體,它被施用于眼睛以治療罕見的遺傳性失明。

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       AAV是一種約26nm大小的無包膜病毒,其衣殼具有二十面體構型,屬于細小病毒科依賴病毒屬,它的生產需要與輔助病毒(腺病毒或皰疹病毒)進行共感染以便復制。與其他病毒載體如腺病毒相比,AAV由于其非致病性、低免疫原性并且血清型眾多,成為臨床使用的有吸引力的載體。

      1965年,AAV首次被發現為腺病毒樣本的污染物。但許多病毒學家認為研究它們是浪費時間,因為它們不會引發任何疾病,而這一事實后來成為基因治療的最大資產(使其不太可能引起極端的免疫反應)。在當時過去的35年里,科學家們只發現了六種AAV變體,盡管它們看起來很安全,但沒有一種特別擅長遞送基因。

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▲ rAAV轉導通路(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery)

       腺病毒相關病毒(AAV)最早是在20世紀60年代中期從實驗室腺病毒(AdV)制劑中發現的,并且很快就在人體組織中發現。

在純科學的好奇心驅使下,一些研究小組開始了解基本AAV生物學的過程,此時并沒有意識到其作為人類基因治療平臺的巨大潛力。在AAV研究的前15-20年中,AAV的幾個重要方面被表征,包括其基因組構型和組成、DNA復制和轉錄、感染潛伏期和病毒粒子組裝。這些成果共同促進了野生型AAV2序列成功克隆到質粒中,從而實現了基因研究和整個AAV2基因組測序。早期研究提供了使用AAV作為基因傳遞載體的基礎知識。

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▲50年AAV時間線(圖片來源:Nature Reviews Drug Discovery )


AVV帶來的挑戰

       無論是在體(in vivo)還是離體(ex vivo)基因治療,其第一步都是將治療性轉基因/基因編輯工具包裝進遞送載體,然后通過擴增宿主細胞系,以達到足夠高的載體濃度。

基于安全性和治療性基因容量問題,非病毒遞送方法變得越來越普遍。最簡單的非病毒基因傳遞系統如裸DNA、質粒DNA,當直接注射到某些組織,特別是肌肉時,可以產生顯著水平的基因表達,但仍然低于用病毒載體實現的基因表達。


        目前,病毒載體仍然是基因治療試驗最流行的遞送方法,迄今為止,已用于大約三分之二的試驗。根據一項2017年的統計,腺病毒是最常用的載體,占所有試驗的20.5%,但自2012年(23.3%)以來有所下降。近年來,逆轉錄病毒載體使用率同樣下降(只占試驗的17.4%,而2012年為19.7%,2007年為22.8%,2004年為28%),這很大程度上是由于慢病毒載體(約為7.3%,比2012年的2.9%增加)的出現,提高了安全性以及擴大了使用范圍。類似的趨勢發生在腺相關病毒(AAV)的使用情況,從2012年的4.9%增加到2017年的7.6%。


可負擔性已經成為了基于病毒的基因療法的主要障礙之一


        藥物產品的可負擔性已經成為了基于病毒的基因療法的主要障礙之一。根據美國知名處方藥比價網站GoodRx發布的2019年全球最昂貴藥物榜單,兩款AAV基因療法占據了前兩名,分別是212.5萬美元的Zolgensma和85萬美元的Luxturna。今年6月,歐盟批準了Bluebird bio針對重型β地中海貧血的基因療法Zynteglo(LentiGlobin),其使用慢病毒載體轉導CD34+細胞,177萬美元的定價使其成為目前全球第二昂貴的藥物。


        價格主要歸因于制造的高成本。要想生產足夠的載體用于治療,需要大量的資源和專業知識以及合適的生產系統。


治療所需的高劑量也帶來了人們對安全性的擔憂


       2018年2月,威爾遜發表了一項小型研究,表明高劑量類似AAV9的病毒對猴子和豬造成了嚴重的毒性,以至于這些動物不得不被安樂死。在此兩周前,他還悄然辭去了Solid Biosciences科學顧問委員會的職務。Solid Biosciences是一家使用高劑量AAV9治療肌肉萎縮癥的公司。

威爾遜承認,科學家們仍然不完全理解為什么AAV在一定劑量下會變得有毒,但很明顯,如果沒有更有效的基因遞送工具,高劑量的AAV可能是糾正某些疾病的唯一方法,尤其是肌肉疾病。高劑量還造成了額外的制造障礙和高成本。


       這些擔憂指導了威爾遜的新公司Passage Bio的戰略,該公司專注于研究罕見的遺傳神經疾病。該公司臨時首席執行官奧比米德?斯奎托(OrbiMed's Squinto)表示:“我們一直在努力選擇需要非常、非常低劑量治療的疾病?!痹摴具€計劃將AAVs直接注射到腦脊液中,這應該比Zolgensma使用的全身注射需要更小的劑量。斯奎托說:“威爾遜在他的職業生涯中不會再冒太多的風險了。在進行人體實驗之前,我們將盡可能地了解更多?!?/p>


免疫障礙同樣存在于當前基因療法的開發過程中


       例如,重組AAV蛋白衣殼、其基因組和轉基因的蛋白質產物可以在多個階段與宿主免疫系統相互作用,對有效基因遞送和持久基因表達構成障礙。目前,中和抗體(Nab)篩查和排除血清反應陽性受試者仍然是許多臨床研究中的必要步驟。


解決策略


       為了避免免疫應答可能導致的問題,研究人員正在測試各種策略,以最小化基因治療帶來的免疫應答。例如,針對免疫特權部位(如眼睛和大腦)的疾病開發基因療法,一來規避免疫應答帶來的風險,二來只需少量施用載體,也避免了臨床應用的制造問題。
 
      目前,在遺傳性視網膜疾病和中樞神經系統疾病的臨床試驗中,AAV已經實現了相對的安全性和耐受性。另外,還有證據表明轉基因靶向肝臟能誘導免疫耐受。


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▲AAV介導的基因轉移后促成肝臟免疫耐受(圖片來源:annualreviews)


       基因治療的安全性得到更多的重視,人們也更加了解可能出現的臨床試驗中可能出現問題,以及擁有相應的措施。一般的基因治療,尤其是基于AAV載體的基因治療,已經十分成熟?;虔煼ù砹酥斡祟惣膊〉那把刂?,基因遞送載體的革新極大地推動了該領域的發展。挑戰仍然存在,使命還遠未達成!


       參考文獻:
     「免疫應答」在AAV基因治療中的挑戰與解決策略
       基因治療時代人物威爾遜:20年致力于安全病毒載體的研究,他見證了低沉到華麗回歸
       華人學者高光坪Nature子刊發文,詳述基因治療明星載體腺相關病毒(AAV)丨醫麥猛爆料