将基因治疗和基因编辑策略扩展至更大范围、更复杂的适应症
本文节选自来自Apic Bio的研究人员Carmen Unzu和Florie Borel发表的评论文章《Expanding gene therapy and gene editing strategies to large and complex indications》。由于水平有限，详细内容，请参考原文。
自20世纪70年代以来，基因治疗领域的开发人员一直在不知疲倦地工作，以为那些患有灾难性遗传疾病的人带来希望。这是一条漫长的道路，一路上有许多挫折，但随着超过3000个临床试验正在进行，且有6种药物获得了FDA或EMA的批准，基因治疗的潜力比以往任何时候都更加明显。经典的治疗方式是基因增补，即递送基因的功能性拷贝，以治疗功能丧失的疾病。相反,在功能失调的情况下，“有害”基因的表达可以通过提供抑制性RNA来沉默，其利用反义或RNA干扰细胞机制。这是一个突破性的发现，科学家Andrew Z. Fire 和Craig C. Mello因此被授予了诺贝尔医学奖。基因编辑可以通过在突变DNA序列在基因组中所处的位置，对其进行纠正，以解决功能的丧失或获得问题，而基于CRISPR-Cas的基因编辑技术被誉为过去十年最大的科学突破之一。它改变了科学家进行研究的方式，因此，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier因其开创性的工作而被授予诺贝尔化学奖。最初的方法需要DNA双链断裂，可能导致脱靶编辑。David Liu和同事开发了碱基编辑和prime editing方法，利用Cas9结合脱氨酶在DNA中形成一个缺口，可以纠正目标DNA碱基，尽管这也可能导致脱靶编辑。其它相关方法包括位点导向RNA编辑，其利用转座酶并招募ADAR，以在mRNA水平上对突变序列进行编辑。
递送
病毒载体是到达细胞核的首选和最有效的基因传递载体。两种不同的遗传疾病治疗策略(直接基因治疗和体外基因治疗)从早期开始就有不同，这取决于整合或非整合载体的使用。基因治疗领域为开发更好的合成性病毒载体衣壳方面进行的大量的投资，以使其具有较低的免疫原性、修饰的趋向性或较高的生产力。尽管表面工程慢病毒载体也被开发用于选择性基因传输和降低免疫原性，但衣壳发现工作在腺相关病毒载体(AAV)领域尤其活跃。因此，目前有不少使用新型合成AAV衣壳的项目正在进行临床试验，这种先进的方法可以通过逃避针对自然形成AAV异构体的已有免疫，而将基因疗法扩展到更大范围的适应症。
最近，脂质纳米颗粒(LNP)成为了一种极好的核酸递送载体，特别是对于RNA，尤其是当肝脏是靶组织时。因此，已有7种RNA疗法被批准用于不同的遗传性疾病，另有超过28种正在进行临床试验。与病毒载体相比，使用LNP将遗传物质递送到细胞有几个优势：制造成本更低，没有预先存在的免疫以及较低的治疗免疫原性，即其允许重复给药。但另一方面，LNP到达细胞核的效率较低，这也是LNP多用于siRNA、mRNA或引导RNA递送以进行基因编辑的原因。不管怎样，该领域已经获得了巨大的进展，特别是由于COVID-19疫苗的开发，越来越清楚的是，LNP可能将取代病毒载体，作为特定基因条件的核酸载体。
从小范围到大范围、从简单到复杂适应症的转变
适应症的选择是一个复杂过程的结果，首先需包括未满足的医疗需求，但也包括一些其它的考量，如下所示。
选择基因治疗开发所针对的适应症时，需考虑的一些因素。
迄今为止，基因治疗在临床上最常见的适应症很大程度上局限于功能丧失的遗传性疾病，这些疾病的生物学基础已经很好理解，治疗的基本原理也很明显。历史来看，关注点一直是血友病、肝脏先天性代谢错误、少数视力障碍性疾病 (Leber先天性黑蒙、视网膜色素变性、色盲)、肌肉萎缩和营养不良，其中杜氏肌营养不良现在处在“舞台的中央”。然而，情况正在迅速变化，随着对复杂遗传疾病的更好理解以及技术的发展，针对复杂适应症是下一个地平线。除了单基因罕见疾病，基因治疗现在正转向受帕金森氏病和糖尿病等常见疾病影响的更大的人群。下面几个例子是基因治疗在不远的将来可能发展的方向。
复杂的适应症
α-1抗胰蛋白酶 (AAT) 缺陷是一种常染色体共显性疾病，仅在美国估计就有10万人患有该病。SERPINA1基因的一个突变，Z突变，占了大多数患者群体，在美国和欧盟估计有20万人。这种突变产生了一种错误折叠的AAT (PiZ)，它在肝脏中聚合，不能有效地分泌到血液中。AAT聚合物积聚可导致肝脏疾病，在某些情况下需要肝移植。此外，肺部也会受到影响，因为循环的AAT会到达肺泡，在那里它通常使中性粒细胞弹性蛋白酶的波动水平失活。迄今为止，唯一被批准的治疗方法是血浆纯化蛋白，这是一种昂贵的治疗方法，需要每周静脉输液，且只治疗肺部疾病，不检查AAT聚合物积聚或处理肝脏病理。值得注意的是，目前正在研究仅针对肝脏疾病的沉默治疗方法，这可能需要重复给药。这无疑是朝着正确方向迈出的一步，能够通过单次干预全面解决AAT缺陷，将极大地影响患者的生活质量。Wave Life Sciences采用了一种RNA编辑策略(ADAR)，可以在转录本上逆转突变，这是一种简单的方法，但需要重复给药。另一种方法是在基因组水平上直接纠正E342K突变。Beam Therapeutics使用了他们专利的碱基编辑策略，理论上可以简单地逆转“G-至-A”点突变，而不会出现任何不希望的脱靶。Intellia Therapeutics最近提出了一种新颖的方法，涉及多种模式，并基于两种干预手段，第一种是破坏内源性基因座，第二种是在白蛋白基因座中插入野生型蛋白的拷贝。Apic Bio采用了一种“沉默 & 替换”策略，使用双功能腺相关载体(AAV-THRIVE™)，同时以人工miRNA沉默内源性AAT，并表达一种活性AAT蛋白作为替代。这种策略的使用已经在小鼠中完成了概念验证，证明了对肺和肝脏疾病的体内疗效。这些治疗AAT缺陷的创新方法显示了针对其它多靶点适应症的治疗可能性。
通路性疾病
基因编辑的主要局限性之一是，难以处理由基因的多个突变引起或影响多个通路的适应症。在这些情况中，基因增补、沉默或其多种技术的组合仍然是治疗该病的最佳方法。例如，家族性高胆固醇血症是一种遗传性疾病，其特征是血液中胆固醇水平非常高，从而引发心血管疾病。家族性高胆固醇血症是一种常染色体显性疾病，发病率为每200-250人中有1人，它是由若干基因突变引起的，这些基因编码脂质代谢途径中的蛋白质：APOB、LDLR、LDLRAP1或PCSK9。这些基因在一些组织(肝、肠、肾上腺、肺或卵巢)中高度表达，例如，在LDLR基因中被描述了1700多个突变，导致疾病。这些突变导致功能丧失，而基因增补则是直接的解决办法。然而，胆固醇的生物合成、摄取、输出和代谢是受到反馈调节的相关通路，部分基因增补可能无法完全恢复。在这种情况下，除了基因增补，使用合成miRNA沉默途径中的限速酶可以帮助控制反馈回路。APOB、PCSK9和LDLR mRNA大小在3 ~ 5kb之间，造成AAV有效载荷限制，而APOB mRNA大小为14kb。可携带mRNA达9kb的LNP目前正在进行临床试验，但在这种情况下需要非脂质制剂。聚合物纳米颗粒或多肽-聚合物杂交可能是未来待开发的选项。GalNAc偶联物是替代性RNA递送技术的一个很好的例子，Givosiran，一种用于急性肝卟啉症的siRNA治疗药物，使用了这种制剂，最近获得了FDA的批准。在这种情况下，主要的挑战将是确保RNA递送颗粒复合物的稳定性，这会受到复合物大小等因素影响。
基因治疗与抗体领域的结合
另一种扩展基因治疗选择的创新方法是利用病毒载体递送抗体。抗体载体化的主要好处包括精确靶向特定的器官/细胞类型以及只需一次给药，继而改善患者的生活质量。RegenxBio和其它一些公司采用了这种策略，开发了遗传性血管性水肿(HAE)的治疗方法。HAE是由C1NH基因突变引起的，导致C1抑制因子的缺失或功能障碍，后者控制血液中的激肽释放酶水平。这种疾病的特点是反复发作的严重皮肤和粘膜肿胀，可危及生命，并开始于生命早期。这种疾病影响多个器官(皮肤、肺和胃肠道)，发病率为五万分之一。载体为抗体提供了靶向血浆激肽释放酶的基因序列，一种与HAE患者肿胀发作相关的蛋白，防止其超过健康水平。RegenxBio还在进行RGX-314的临床试验，这是一种抗VEGF抗原结合抗体片段，用于湿性年龄相关性黄斑变性和糖尿病视网膜病变。在神经疾病方面，Voyager Therapeutics正在探索一种载体化的抗tau抗体，用于治疗阿尔茨海默病和其它tau蛋白病变。最近成立的VectorY Therapeutics专门致力于这种有前景的中枢神经系统和躯体疾病治疗方法，并重点关注肌肉疾病。这种方法也被探索作为其它患者群体较大的适应症的治疗，如艾滋病，以及尼古丁和可卡因成瘾。
光明的未来
在过去的几十年里，基因治疗和基因编辑领域关键技术创新的发展，为这些技术迅速进入要求越来越高的空间奠定了基础。因此，现在有希望治疗许多此前不适合使用基因治疗、需求未得到满足的疾病，并且随着该领域步伐的加快，这个名单将继续扩大。
原文：C.Unzu,F.Borel, Expanding gene therapy and gene editing strategies to large andcomplex indications. Cell & Gene Therapy Insights 2021; 7(6), 711–716
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