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基因治疗神经系统疾病的进展和前景时间:2018-12-24


过去几年,腺相关病毒(Adeno-associated viral,AAV)在治疗神经系统疾病的研究取得了许多进展。临床前研究中,AAV已成功将转基因编码治疗性蛋白、microRNA、抗体等转运到中枢神经系统中,能够靶向多种组织和细胞类型,如神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞。而且,早期人体临床试验也已证明其在帕金森病(Parkinson disease, PD)、脊髓性肌肉萎缩症(spinalmuscular atrophy,SMA)等疾病中的安全有效性,也初步表现出了基因表达的持久性。


近日,美国University of California–San Francisco的学者在《nature reviews drug discovery》上发表综述,讨论了设计和应用腺相关病毒AAV治疗神经系统疾病的关键点和挑战,指出了具有应用前景的靶点和临床试验进展。


1AAV治疗神经系统疾病的靶点


随着单基因遗传性神经系统疾病发病机制的研究进展,适合基因治疗的靶点也随之出现。通过AAV实现疾病治疗的原理一般是通过替代丧失功能的基因或沉默功能异常增强的基因,如替代SMA患者的运动神经元存活基因(SurvivalMotorNeuron,SMN),沉默脊髓侧索硬化症ALS患者的超氧化物歧化酶1SOD1或亨廷顿氏症患者的亨廷顿蛋白HTT。一些AAV基因治疗有前景的分子靶点见下表。

 


(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)


2AAV基因治疗的给药途径


要实现向中枢神经系统给药,有多种给药途径。以下几种途径均成功实现了AAV基因治疗药物的传递,如脑实质内给药(IPa)、鞘内给药(IT)、脑室给药(ICV)、软膜下给药和静脉给药(IV)等。这种一步到位治疗神经系统疾病的方式能提供持续的药效和有效性,对复杂的中枢神经系统疾病的治疗非常值得关注。虽然脑实质给药的早期临床试验没有实现药物在目标脑区的定位分布,但AAV药物转运的研究进展已实现了转基因的广泛地表达。大于200名患者涵括多种中枢神经系统疾病的临床研究已证实AAV基因治疗的相对安全性。这些患者使用的给药途径包括脑实质内给药(IPa)、鞘内给药(IT)、静脉给药(IV)。具体见下表。

 

(图片来源:Nature Reviews Drug Discovery)


3AAV治疗疾病的选择


AAV基因治疗中枢神经系统疾病要经过慎重的获益-风险评估。关注以下几点:关于治疗靶点的有力证据;能够安全的使药物到达靶组织并转导到目的类型的细胞中;足够的药理学效应和安全性;未满足的临床需求;生物标记物和临床指标用以检测药理学活性和临床结果;在疾病进展的过程中采取适合的干预手段等。


罕见的单基因遗传病是基因治疗的主要领域。神经系统、眼科等疾病领域均在临床应用取得进展,是很好的成功范例。这些单基因遗传疾病中AAV基因疗法的成功应用和安全的表现,使得作用靶点的范围拓展到相关遗传风险因子和营养因子基因上。遗传风险因子如阿尔茨海默症的APOE靶点,药理学靶点如帕金森氏症的AADC。其他的非遗传、药理、病理生理的靶点如帕金森氏症的营养因子,在临床上效果甚微,可能是递送药物的途径和干预的时间点选择上还有待优化。


1.递送途径的选择

选择使用AAV基因治疗的疾病和靶点时,对递送途径的考虑时非常重要的。在MRI引导下的直接向脑区递送药物取得了一些进展。临床试验也表明,脊髓内给药也有较好的安全性。虽然直接给药有一定的风险,但避开了免疫系统的作用,也不存在非靶器官分布引起的不良反应。使用鞘内给药IT或和脑室给药ICV需要考虑脑脊液对药物浓度的影响。静脉给药IV治疗儿童I型SMA取得了成功,可能归因于中度的基因表达就可以取得足够的临床获益。成人和老年人采用静脉给药要考虑免疫系统对AAV载体的影响。


2.安全性的考虑

在选择合适剂量AAV之后,安全性担忧主要来自转基因和作用机制。大多数在临床上取得进展的AAV多是通过基因代替的机制,适当的基因表达水平就能取得足够的临床获益。基因替代的毒性主要因为其在非靶器官的表达或在靶器官过表达。例如,女性雷特综合征患者中MECP2基因突变,而MECP2过表达会引起男孩发育障碍。小鼠模型中,MECP2过表达会引起行动障碍和学习能力损失,癫痫等。因此基因治疗雷特综合征就需要转基因表达在很窄的治疗窗。基因沉默引起的安全性风险主要源于内源性蛋白的表达、干预的时机、miRNA的表达水平、以及沉默的结果。例如,HTT蛋白参与神经形成,HTT表达紊乱很引起小鼠胚胎致死。然而,在恒河猴纹状体区沉默HTT野生型和突变型的基因45%结果是安全的。


虽然AAV基因治疗安全耐受性较好,但对基因表达水平和表达靶器官的控制仍是安全性和治疗疾病选择的考虑因素。另外,由于免疫反应的存在也建议排除已接受其他基因治疗的患者。因此,未满足的临床高需求以及良好的获益-风险评估仍是AAV基因治疗首要考虑的因素,在已有标准治疗能够取得很好疗效,而基因治疗产品的安全性风险较大,潜在的风险超出获益的情况下,建议慎重使用基因治疗产品。


3.研发挑战

临床上治疗神经系统疾病的挑战其实不仅限于AAV的应用。生物标志物的缺失和组织活检的限制都是评估靶点作用和药效的因素。脑脊液生物标志物的发现和PET追踪β-淀粉样蛋白、tau蛋白技术使得能够早期检测到疾病的发生,也能够应用于临床药效的检测。


参考文献:Gene therapy for neurologicaldisorders: progress and prospects

 


(本文转自药渡)


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