神经系统变性疾病治疗进展：基因治疗大盘点
来源：医脉通神经科
导读：
目前大多数用于神经系统变性疾病的药物是对症治疗，未能从根本上解决疾病进展的问题，而针对基因的治疗则为实现这一目标带来希望。在此，本文将对一些神经退行性疾病的基因疗法进行简要的总结。
脊髓性肌萎缩症（SMA）
SMA是一种以进行性肌无力或肌萎缩为主要表现的神经退行性疾病，也是导致婴儿死亡的常见遗传性疾病之一。其发病机制主要是由于运动神经元存活基因1（SMN1）缺失或突变，导致SMN蛋白表达水平降低或功能丧失1，从而影响患者运动功能。
在人体中，除SMN1基因可表达SMN蛋白外，与其高度同源的SMN2基因也可表达SMN蛋白，但由于SMN2 基因中的单个核苷酸取代改变了剪接，并在约90%的转录物中排除外显子7，从而导致只能产生低水平的全长mRNA，无法产生足够的SMN蛋白2。因此，重新导入外源SMN1基因和调控内源SMN2基因表达，是提高SMN蛋白主要的治疗方向2。
近年来，SMA的基因治疗发展迅速。目前，FDA已批准三种疾病修饰基因疗法用于SMA治疗。Nusinersen需要腰椎穿刺鞘内给药；Zolgensma是一种基于腺相关病毒载体的基因疗法。利司扑兰口服溶液用散是口服小分子药物，通过特异性地对SMN2基因进行剪接修饰，增加功能性SMN蛋白水平。利司扑兰能够穿透血脑屏障，均匀分布于中枢和外周，提高中枢和外周SMN蛋白水平。随着利司扑兰的获批上市，从不同剂型、不同价格、不同给药方式上，为SMA患者治疗带来了新的选择，新的希望。
值得一提的是，利司扑兰作为小分子SMN2基因剪切修饰剂，其可有效穿透血脑屏障，能同时提高中枢和外周的SMN蛋白水平，可持续稳定改善SMA患者运动功能，提高患者生存率。从临床试验来看，利司扑兰正在进行的四项国际多中心研究覆盖了广泛异质性的SMA患者，其中FIREFISH 研究纳入1~7个月龄的SMA-1型患者，SUNFISH研究纳入2~25岁的SMA-2或SMA-3型患者，两项研究结果均达到了主要终点3，表明利司扑兰对不同年龄段和不同分型的患者均有获益，同时并未发现患者因药物相关的安全性事件而退出研究，也说明利司扑兰具有良好的安全性。
除以上三种基因疗法外，利用DNA编辑工具（如CRISPRs）对SMN2基因进行永久性改变以增加SMN蛋白表达的策略正在探索中。近期，一项研究在诱导多能干细胞（iPSC）中使用了CRISPR- Cpf1，通过同源依赖修复（HDR）将SMN2基因转化为SMN1样基因4。从此结果来看，基于DNA编辑工具的策略可用于调节SMN2基因，从而治疗SMA。
肌萎缩侧索硬化症（ALS）
ALS也是一种运动神经元损伤的神经退行性疾病，患者通常在发病3~5年后因呼吸衰竭而死亡。目前对ALS的发病机制尚不清楚，但已发现一些基因突变与发病相关，包括SOD1, C9orf72，TDP43 和 FUS2。其中，针对SOD1和C9orf72研究较广泛，已有一些研究表明对其进行基因治疗的可行性。利鲁唑是临床常用的ALS治疗药物，在我国应用已超过十年，近几年又发现依达拉奉治疗ALS具有一定效果。这两种药物都不能阻止疾病进展，只能通过延缓疾病进展来延长患者的寿命。另外，ALS的肌无力肌萎缩症状很大程度上影响着患者生活，因此改善症状的支持疗法对ALS也很重要。比如患者由于腿部肌肉萎缩行走困难，就可以借助支具或者康复手段来改善其行走能力。
大多数SOD1突变会改变蛋白质构象，从而增加神经毒性。在携带突变的人类SOD1的转基因大鼠模型中，将ASO-SOD1注射到脑脊液（CSF）中可降低SOD1水平并延长生存时间5。在1/2期临床试验中，对具有SOD1突变的家族性ALS（fALS）患者进行鞘内注射ASO-SOD1降低了CSF SOD1蛋白水平6，目前3期临床试验已启动。另外，AAV9-SOD1 shRNA以及CRISPR破坏SOD1表达也都显示出延缓转基因小鼠疾病进展和延长生存时间的作用7,8。最后，C9orf72内含子1中的G4C2六核苷酸重复扩增（HRE）是引起ALS的常见原因。目前，研究表明，在C9orf72基因中表达450个G4C2 重复序列的转基因小鼠模型中，侧脑室内注射ASO-C9orf72减少了C9orf72 mRNA病灶并改善了认知功能9，其鞘内注射的1期临床试验正在进行中。
帕金森病（PD）
虽然PD是一种多系统疾病，但僵硬、震颤和运动功能减退的典型症状主要是由于黑质致密部（SN）中多巴胺能神经元的丧失，导致黑质纹状体投射区的抑制性和兴奋性通路失衡2。目前，已发现一些基因与PD发病有关，并且长期以来都认为SN的病理学特性适合采用基因疗法。关于PD基因疗法的研究方向，主要集中在以下三个方面2：
➤调节神经元信号以恢复神经递质失衡。例如AAV2-AADC和另外一种基于慢病毒的基因疗法（ProSavin）已在初步的临床试验中表现出良好的耐受性，并对患者运动功能有轻度改善10,11。
➤表达神经营养和再生因子以提高神经元存活率。神经胶质细胞系衍生的神经营养因子（GDNF）和神经铁蛋白（NRTN）有利于支持多巴胺能中脑神经元的存活，但目前AAV-GDNF和AAV2–NRTN的试验结果暂未发现其对运动功能的改善12,13。
➤靶向疾病相关基因。目前发现，编码α突触核蛋白基因（SNCA）、GBA1基因突变导致葡糖脑苷脂酶（GCase）水平降低、LRRK2基因突变导致其蛋白表达增加都与PD发病相关，一些基于ASOs、CRISPR、AAV的基因疗法通过调控蛋白表达，已在基础试验或初步临床试验中显示出治疗的可行性。
➤减缓或阻止PD进展的干预措施的发展仍然是患者和研究人员的首要任务。到目前为止，没有一种被调查的治疗方法转化为临床证实的疾病修饰治疗。2021年发表在Lancet Neurol期刊上的这篇综述中探讨了可能的原因14，在过去5-10年，研究人员一直在非代表性的临床前模型的基础上选择治疗候选者，没有适当考虑PD亚组的异质性和最合适的目标参与确认机制来阐明最佳剂量的试验。具体而言，研究人员重点关注:（1）过去5年报道阴性结果的试验，以检验其阴性结果的可能解释；（2）使用更新颖和创新试验方法的例子，以帮助强调疾病改变的概念，并解决在PD中显示这种变化的挑战；（3）仍在进行中的试验，等待最终结果。
阿尔茨海默病（AD）
AD是一种进行性神经退行性疾病，其特征是记忆、认知、语言和行为障碍，现在公认的发病机制主要与β-淀粉样蛋白（Aβ）的生成清除失衡、微管相关蛋白（Tau）过度磷酸化等相关。因此，关于AD的基因疗法的研究方向，主要是靶向与Aβ和Tau生成相关的基因，包括Aβ前体蛋白（APP）基因、编码Tau的MAPT基因和载脂蛋白E基因（APOE）2：
➤降低Aβ水平。APP基因在散发性和家族性AD中都有重要作用，而沉默或调节APP是一个有潜力的基因治疗方向。目前，已有一些基础研究表明，基于CRISPR-Cas9和ASO等基因编辑工具可有效降低Aβ的生成和分泌。
➤降低Tau聚集和磷酸化。对于MAPT基因，已有研究表明ASO可降低动物模型中的MAPT mRNA 和 Tau蛋白水平，并减弱Tau磷酸化和聚集，防止神经元死亡，延长表达人类突变体(P301S) Tau转基因小鼠的存活，降低 NHP的中枢神经系统（CNS）Tau水平，其相关的人体临床试验（NCT03186989）也正在进行。
➤提高APOE2表达。在人体中，APOE4是散发型AD的单一最大危险因素，而APOE2具有保护作用。因此，提高大脑中具有保护作用的APOE2水平是一种基因治疗策略。目前基础研究表明，通过病毒载体表达APOE2可减弱以淀粉样蛋白为基础的小鼠模型的Aβ病理变化，AAV导入APOE2在NHP中安全有效，其I期临床试验也即将开展。
➤阿尔茨海默病（AD）新药开药开发风起云涌。6月7日，FDA基于生物标志物替代终点加速批准Aβ（β淀粉样蛋白）抗体Aduhelm（aducanumab），以用于治疗AD患者的生物制品许可（BLA）申请15。与此同时，罗氏、卫材、礼来等制药企业都有各项研究正积极开展中。我们有理由相信，随着研发的进一步开展，AD未来的研究方向以及如何将新的研究结果应用到临床的视角将不断扩充，生物制药行业有可能在未来几年中在这领域中有所突破，给AD患者带来新希望。
参考文献：
1. 北京医学会罕见病分会, 等. 中华医学杂志,2019,99(19):1460-1467.2. Sun J, et al. Nat Neurosci. 2021 Mar;24(3):297-311.3. Basil T Darras，et al. N Engl J Med.2021 Jul 29;385(5):427-435.4. Zhou M, et al. Hum Gene Ther. 2018 Nov;29(11):1252-1263.5. Smith RA, et al. J Clin Invest. 2006 Aug;116(8):2290-2296.6. Miller T, et al. N Engl J Med. 2020 Jul 9;383(2):109-119.7. Foust KD, et al. Mol Ther. 2013 Dec;21(12):2148-2159.8. Gaj T, et al. Sci Adv. 2017 Dec 20;3(12):eaar3952.9. Jiang J, et al. Neuron. 2016 May 4;90(3):535-550.往期文章推荐：
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