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胎儿致命神经退行性遗传疾病 基因治疗药物有显著疗效

2018-07-23 09:58:24来源:医麦客

致命的遗传病往往给无数家庭带来不可预料的痛苦,设想有的家庭好不容易怀上了一个孩子,正满心欢喜地迎接孩子的出生,但这时候产前检测却带来了沉重一击,告诉你这孩子没法要,或者是很大可能是患有严重先天性疾病的。这无疑是晴天霹雳!

但最近有研究表明,利用基因治疗或许可以治疗致命早发性神经退行性疾病,这无疑是一项极富价值的研究。

最新在线发表在Nature Medicine上的研究来自伦敦大学学院(UCL)、KK妇女儿童医院(KKH)和新加坡国立大学健康系统,该研究向我们展现了胎儿基因治疗在子宫内预防和治疗新生儿致死性神经退行性疾病的潜力。

伦敦大学学院的SimonN.Waddington及其同事采用胎儿颅内注射的方式,将一种AAV病毒载体递送至胎鼠的中枢神经系统。这种病毒载体经过了改造,重新广泛表达一种特殊编码基因——编码戈谢病患者所缺乏的一种酶。胎鼠接受治疗后,脑部退化有所缓解,存活期明显长于未经治疗的小鼠。

发现导致戈谢病的主要“凶手”

戈谢病是一种溶酶体贮积病,为常染色体隐性遗传病。该病由于葡萄糖脑苷脂酶基因(GBA)突变导致机体葡萄糖脑苷脂酶(GCase)活性缺乏,造成其底物葡萄糖脑苷脂在肝、脾、骨骼、肺,甚至脑的巨噬细胞溶酶体中贮积,形成典型的贮积细胞即“戈谢细胞”,导致受累组织器官出现病变,临床表现多脏器受累并呈进行性加重。

其并发症还包括脑内的颅神经核、基底节、丘脑、小脑和锥体束等处的神经元退行性变等。常见症状有生长发育落后、肝脾肿大、意识改变、惊厥等。

该病发病率在不同种族间存在很大差异,普通人群的患病率约为1/100000,而在某些特定人群中,如东欧犹太人,该病的患病率为1/855。我国自1948年首次报道该病以来,已有不少病例报道,尤其以河北、山东、河南及辽宁病例居多。

有趣的是,导致戈谢病的GBA基因突变也可能和帕金森病有关。研究表明,帕金森患者携带一种GBA基因中沉默突变的概率比普通人高2%-31%,而且其大脑中形成毒性聚合物的α-突触核蛋白的数量,似乎与GCase的数量成反比关系。这意味着增加GCase的活性可能对戈谢病和帕金森病患者都有帮助。

本次研究中,采用了一种nGD(戈谢病)的基因敲除小鼠模型,该模型的GBA基因插入了loxp-neo-loxp(lnl)片段,使其失去葡糖脑苷脂酶(GCase)活性,并且小鼠在15天内会发生致命的神经变性。

小鼠宫内直接注射治疗策略

研究人员通过向子宫内胎儿颅内注射腺相关病毒(AAV)载体,以重建神经元GCase的表达。

CD68、GFAP、LAMP-1分别是小胶质细胞、星形胶质细胞、溶酶体的标志物,他们针对这些标志物进行免疫组化评估了nGD小鼠的神经炎症、神经胶质增生和溶酶体蓄积。

结果显示,经治疗小鼠大脑中的神经病变得到明显改善,类似于野生型小鼠。

由于未接受治疗的小鼠出生后15天内表现出严重病变,出于动物伦理的考虑,它们都在15天时被安乐死;而接受治疗的5只小鼠中,有一只在125天时出现了盘旋行为,还有一只在131天时发生眼部感染,因此那时对其余小鼠也实施了安乐死。

结果还是非常明显的,经治疗的小鼠均获得超过120天的存活。

小鼠宫外新生儿注射治疗

下一步,为了测试该基因治疗对新生儿的功效,研究人员对P0-P1新生儿进行侧脑室注射AAV9载体。

之前已经有研究表明,静脉注射AAV9能够穿过新生小鼠和非人灵长类动物的血脑屏障,从而在神经细胞和内脏中有效表达。因此,他们还测试了静脉注射AAV9载体的效果。

在侧脑室注射(IC)和静脉注射(IV)后,GCase在内脏器官中都显着升高,表明IC治疗后载体能在脑室内逃逸到别的器官。另外,IV治疗使GCase在心脏以外的所有内脏器官中有超生理水平的表达。

通过免疫组化,证实静脉内基因治疗可预防脾肿大和戈谢细胞浸润脾脏、肝脏和肺部。相反,侧脑室注射未能预防戈谢细胞浸润脾脏、肝脏和肺。

因此,脑室内基因治疗能有效治疗致命的神经病理学,但它不会改善内脏表现(这或许对神经退行性疾病有效果?)。而静脉内给药能有效地改善神经和内脏病理学特征。

另外,他们还评估了各组的长期疗效,发现全部治疗小鼠至少存活180天。

小编认为,直接胎儿颅内注射未免有点简单粗暴了。诚然,治疗有效性是达到了,但是如何转化到临床确实是值得思考的问题。

灵长类大动物宫内注射治疗

研究者怎么可能没有想到(连我都想到的事情。。。),这项研究还没完!

鉴于小鼠的实验显示出有希望的结果,Waddington还与新加坡KK妇女儿童医院的Jerry Chan合作,在怀孕初期的灵长类动物猕猴身上进行了基因治疗的外科手术。

他们通过超声引导,将连接有GFP(绿色荧光蛋白)的AAV9载体注射到猕猴胎儿的侧脑室。猕猴脑中广泛出现具有神经元形态的GFP阳性细胞,这证明了该方法同样适用于较大的动物。

Jerry Chan说:“与人类相比,猕猴具有非常相似的神经学、免疫学和生理学发育特征,是临床前研究的准确模型,该研究也能为我们进行临床试验铺平道路。重要的是,当基因治疗进行得足够早,外来蛋白质可以被胎儿终身耐受,不会产生成人基因治疗受试者中麻烦的免疫排斥反应。我认为胎儿基因治疗可能对于一些遗传性疾病来说有非常好的治疗前景。”

牛逼的技术出自医药巨头领衔的公司

该团队还包括来自伦敦国王学院,伦敦帝国理工学院,牛津大学和国际研究团队的科学家,目前正与Apollo Therapeutics合作,以改善基因治疗技术,开发更多的临床前数据。

2016年,三大医药巨头(葛兰素史克阿斯利康及强生)和三所英国顶级大学机构(伦敦帝国理工学院、伦敦大学学院、剑桥大学)达成战略合作,共同创立Apollo Therapeutics基金会,总共募集高达4000万英镑研究经费,为以上高校医药研究成果转化及产业化提供保障。这种名校和医药巨头的联盟在基金创立史上堪称先例。

胎儿基因治疗的困难之处在于,需要进行准确的产前诊断,还要找到足够多的患者。此外,基因编辑胚胎是一个争论的伦理话题。

但这并非没有先例。伦敦大学学院(UCL)正在准备可能是首个在孕妇中使用基因疗法的临床试验,称为Everrest试验。该试验将测试母体基因疗法,以治疗一种称为胎儿生长受限的疾病。研究人员通过将表达血管内皮生长因子(VEGF)的复制缺陷型腺病毒载体的基因疗法注入孕妇的子宫动脉,以增加孕妇的子宫血流量并改善胎儿的生长状况。

EVERREST临床试验目前正处于设置阶段,将招募多达27名女性。

另外,还有其他几个学术团体也正在进行临床前研究,使用子宫内基因治疗和其他药物模式(如CRISPR基因编辑),目的是在出生前修复遗传性疾病。

针对该研究,还有一个值得探讨的问题,就是基因疗法用于神经退行性疾病会不会有奇效?我认为这方面或许值得有更多的研究。

在2017年一项新的研究中,来自美国沙克生物研究所的研究人员使用CRISPRa成功“剪掉”了小鼠运动神经元中的肌萎缩侧索硬化症致病基因,使携带致病基因小鼠的发病时间推迟、寿命延长,为治疗这种神经退行性疾病带来新希望。

治疗神经退行性疾病的药物很关键的是要能突破血脑屏障,对比传统药物,基因治疗展现出了其优越性。

目前,很多基因治疗公司也正在进行神经退行性疾病的研究。小编详细盘点目前有重要进展的企业,希望对这个领域的研究者有所帮助。

Bluebirdbio

Bluebird bio是一家致力于开发针对严重遗传疾病的基因疗法和基于T细胞的免疫疗法的知名基因治疗公司。该公司总部位于马萨诸塞州剑桥,在美国和欧洲均有业务。

今年5月,美国FDA授予Bluebird bio的Lenti-D基因疗法突破性疗法认定,用于治疗脑肾上腺脑白质营养不良(CALD)。这款基因疗法将正常的ABCD1基因转入到了患者自身的干细胞内,协助产生具有正常功能的ALDP酶,能有效抑制由CALD带来的神经退行症状。

Spark Therapeutics

2017年12月,Spark 的创新基因疗法Luxturna获得美国FDA批准上市,主要用于治疗导致失明的罕见眼病,是基因治疗领域的一个分水岭事件。

Spark Therapeutics是一家基因治疗公司,研发管线主要针对遗传性视网膜病变、神经退行性病变、通过改变肝脏基因有可能得到治愈的遗传性疾病。公司于2013年成立,2015年上市。在美国费城有48000立方英尺的全球最先进的cGMP工厂,这也是基因治疗领域首个被FDA批准的工厂。

针对神经退行性疾病,Spark公司进行了贝敦氏症和亨廷顿氏病的基因治疗药物研发。目前,两个管线都在进行临床前试验,都获得了孤儿药申请。

Lysogene

Lysogene成立于2009年,致力于研发针对罕见中枢神经系统疾病的基因疗法。该公司发展迅速,去年通过IPO筹集了2260万欧元。

卡伦·埃阿克是Lysogene公司的创始人兼CEO。2005年,她年幼的女儿被确诊为一种罕见的神经退行性疾病——圣菲利波综合征,这种罕见的遗传性疾病严重影响儿童的神经系统,他们往往不能长大成人。之后,也就有了Lysogene的创立。

圣菲利波综合征是一种中枢神经系统疾病,目前尚无治疗。Lysogene公司研发的针对该种疾病的基因治疗方案SAF-301已经完成了I / II期临床试验研究。现在正准备进行关键的II / III期试验,这是商业化之前的最后一步。

AveXis

AveXis是一家处在临床阶段的基因治疗公司,致力于开发针对脊髓性肌萎缩(SMA)的新型基因疗法。4月份,诺华以87亿美元的价格收购了AveXis。

AveXis的基因治疗候选药物AVXS-101有望成为首个用于SMA的一次性基因替代疗法,预计于2018年下半年向FDA提交AVXS-101的生物制剂许可申请(BLA)。目前它已被美国FDA认定为治疗SMA的孤儿药。此外,该药物也分别在欧洲和日本获得PRIME和Sakigake资格。

此外,AveXis拥有先进的AAV9技术平台,该平台被认为是经过临床证实的用于中枢神经系统疾病的基因递送平台,其管线产品可以用于治疗Rett综合征(RTT)和由超氧化物歧化酶I基因SOD1突变引起的肌萎缩侧索硬化症(ALS)。

GenerationBio

美国国立卫生研究院的高级研究员Rob Kotin博士发现了一种非病毒基因转移的新方法,称为封闭式DNA(ceDNA),基于该项研究,GenerationBio于2016年成立。

在此基础上,该公司还创建了GeneWave平台,这是ceDNA的第一个治疗应用。GeneWave使用脂质纳米粒子将ceDNA递送到肝脏,在那里它可用于解决肝脏本身的疾病或将肝脏转化为活的“生物工厂”,用于表达全身性蛋白质以治疗多种遗传疾病。

ceDNA技术具有独特的结合性质,这些特性源于其在没有病毒衣壳的情况下从细胞质转移到细胞核的能力。一旦进入细胞核,ceDNA就会形成稳定的、非整合的附加体,从而产生持久和高水平的基因表达。这种无衣壳技术能够提供比传统AAV载体更强大的转基因,并且能够重复给药,已经证明ceDNA能在多种组织(包括肝,眼,脑和肌肉)中持久表达。

3月份,GenerationBio宣布完成了1亿美元的B轮融资,所得款项将用于推动Generation Bio前两种候选药物的临床研究申请(IND),以及其他针对视网膜、中枢神经系统和肺部遗传疾病的计划。

结语

近日,FDA发布了三个最新指导文件草案,详细介绍了针对罕见病、血友病和视网膜疾病的基因治疗产品的开发。这也是FDA公布的关于基因治疗开发的首批指南,反映了基因治疗产品的开发热潮。

另外,FDA局长Scott Gottlieb预计基因治疗的适应症会进一步扩大,并在未来批准新的疗法。

目前为止,人们对神经退行性疾病的发病机理和病理生理学的认识非常有限。传统药物作为AD和PD的主流治疗方法,其效果具有一定局限性,某些神经退行性疾病如ALS、多系统萎缩(MSA)等尚无特效药物治疗。

神经退行性疾病仍是治疗领域难以攻破的一环,更多的创新疗法研究有望带来突破。上述的多家公司正在开发神经系统相关的基因治疗药物,相信不久之后会有第一个药物上市,届时也必定会成为一个重大的突破。


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责任编辑:邹林梅

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