Mipomersen sodium

引言蒂莫西综合征是一种严重的多系统障碍，表现为自闭症、癫痫、长QT综合征以及其他神经精神疾病。特别地，蒂莫西综合征1型（TS1）由钙通道蛋白CACNA1C基因上的特异性剪接异构体增益功能变异所致。这种异构体在发育过程中有高表达，导致钙通道功能失调，从而影响神经细胞的电生理特性和迁移能力。4月24日Nature报道了一项新的研究“Antisense oligonucleotide therapeutic approach for Timothy syndrome”，该研究主要探讨了蒂莫西综合征（Timothy syndrome, TS）的一种潜在的基因疗法。研究团队开发了一种基于反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotides, ASOs）的治疗策略，该策略能够有效降低8A剪接体的包含量，从而增强8剪接体的表达。实验结果表明，这种基因调控策略不仅能在体外细胞模型中改善由TS1引起的细胞缺陷，还可以通过体内模型进一步验证其疗效。研究使用的人类皮层类器官体和前脑组装体模型，显示经ASO处理的神经细胞显示出正常的迁移和电生理功能。这项研究的意义在于，它提供了一种可能的治疗神经发育障碍的新策略，并且这种策略是基于精确的基因剪接调控。这对于那些由单一基因变异引起的疾病具有重要的启示意义，特别是在当前对这类疾病缺乏有效治疗方法的情况下。通过进一步的研究，这种方法有可能为治疗蒂莫西综合征乃至其他类似的神经精神疾病提供一种新的解决方案。Highlights创新的基因疗法策略该研究通过开发一种新型的基于反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotides, ASOs）的治疗方法，针对蒂莫西综合征（Timothy syndrome, TS）中特定的基因变异进行精准治疗。这种方法专门降低了特定剪接异构体的表达，从而可能纠正与疾病相关的钙通道功能异常。多模型验证疗效研究不仅在体外的细胞模型中验证了ASOs治疗的效果，还在体内的动物模型中展示了其潜在的临床应用价值。特别是通过使用皮质类器官体（cortical organoids）和前脑组装体（forebrain assembloids）这两种模型，研究进一步确认了基因疗法的疗效和生物学效果。对神经发育障碍治疗的前景该研究的方法不仅可能对蒂莫西综合征的治疗提供新的方向，而且对于其他多种神经发育障碍症（neurodevelopmental disorders）的治疗也展示了潜力。这标志着一种全新的治疗突破，可能改变未来治疗这类疾病的策略。精确调控基因表达研究中采用的ASOs技术允许研究人员以前所未有的精确度调控基因表达，特别是在调节疾病相关基因的特定剪接变体方面。这种精细调控为复杂遗传性疾病的治疗提供了新的可能。Strategies反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotides, ASOs）开发研究团队设计了特定的ASOs来靶向CACNA1C基因中的8A外显子，旨在通过改变剪接模式来减少这一外显子的包含。这一策略基于前期的分子生物学研究，通过体外实验确定哪些ASOs最有效地降低8A外显子的表达。体外细胞模型测试使用从TS患者诱导的多能干细胞（iPSCs）衍生的神经细胞，研究团队进行了ASOs处理。这些细胞在特定条件下培养，然后用ASOs处理，观察其对电生理特性和细胞行为的影响。体内动物模型实验研究进一步通过将人类皮质类器官体（human cortical organoids）移植到无菌小鼠模型中来评估治疗策略的效果。这些类器官体在处理ASOs后，移植到动物模型中，通过观察其在动物体内的行为和整合情况来评估其潜在的临床应用。生物成像与电生理分析对处理过的细胞和组织进行详细的生物成像和电生理测试，包括使用钙成像（calcium imaging）技术来评估细胞的电生理活动，以及使用高分辨率显微成像来观察细胞结构和迁移特性的变化。Behind the Scenes蒂莫西综合征（Timothy syndrome）蒂莫西综合征（Timothy syndrome）是一种极为罕见的遗传性疾病，它主要影响心脏、手脚的发育以及神经系统。这种综合征的特征包括严重的心律失常（QT间期延长），这可能导致突发的昏迷甚至死亡。此外，患者还可能表现出手足发育异常（如多指症）、面部特征异常、免疫系统问题、以及神经发育障碍，例如自闭症谱系障碍。蒂莫西综合征由CACNA1C基因的突变引起，这个基因负责编码体内的钙通道。钙通道在很多体内过程中都扮演着重要角色，包括心肌细胞的正常功能和神经信号的传递。蒂莫西综合征极为罕见，目前报道的病例非常少。据估计，全球范围内可能只有几十个确诊病例。相关里程碑疾病的首次描述（2004年）：蒂莫西综合征最初由 Katherine W. Timothy 等人描述，因此得名。这一发现标志着这种罕见病的临床识别，为后续的研究和诊断提供了基础。基因突变的发现（2004年）：几乎同时，研究人员发现蒂莫西综合征与CACNA1C基因的突变有关。CACNA1C基因编码一种重要的钙通道蛋白，这种钙通道在心脏和神经系统的功能中扮演关键角色。这一发现揭示了疾病的分子基础，对于开发针对性的治疗方法具有重要意义。病理机制的阐释：随着对CACNA1C基因功能和影响的进一步研究，研究人员开始理解这种钙通道如何影响心脏功能和神经发育，从而导致蒂莫西综合征的各种表型。这有助于开发更有效的治疗策略，例如使用特定的钙通道阻断剂来减轻症状。研究模型的开发：为了更好地研究蒂莫西综合征及其治疗方法，研究人员开发了多种疾病模型，包括遗传改造的小鼠模型。这些模型使研究人员能够在实验室环境中模拟疾病的发展过程，评估潜在的药物和治疗方法的效果。蒂莫西综合征的治疗目前主要是对症处理和预防并发症，由于其罕见和复杂性，没有特定的治疗方法可以治愈该疾病。治疗手段包括：心脏问题的管理：使用β-阻断剂等药物来控制心率和预防心律失常。在某些情况下，可能需要植入心脏除颤器或起搏器来管理严重的心律失常。神经发育支持：针对神经发育延迟或自闭症谱系障碍的症状，提供早期干预、物理治疗、语言治疗和职业治疗等支持。手足畸形的矫正：在必要时进行手术矫正多指症等手足畸形。综合照护：由于蒂莫西综合征患者可能会有多系统受累，因此需要多学科团队合作，包括心脏病学家、神经科医生、遗传顾问等，以提供全面的医疗支持。治疗的难点疾病的罕见性：由于蒂莫西综合征极为罕见，相关的研究和资源较少，这限制了对疾病深入理解和治疗方法的发展。症状的多样性：患者之间的症状差异大，这使得制定统一标准的治疗方案变得复杂。管理复杂的并发症：心律失常、神经发育问题和身体畸形的管理需要综合多方面的医疗知识和技能，对医疗提供者来说是一个挑战。长期照护需求：患者需要长期甚至终生的照护和监控，这对患者家庭和医疗系统都是一种负担。CACNA1C基因与蒂莫西综合征CACNA1C基因在蒂莫西综合征中的作用非常关键，它编码L型钙通道的一个主要亚单位，称为α1C亚单位。这种L型钙通道主要存在于心脏和大脑中，对于调控钙离子流入细胞内部起着至关重要的作用。钙离子是许多细胞活动的关键信号分子，包括肌肉收缩、神经信号传递和激素分泌等。在蒂莫西综合征的情况下，CACNA1C基因的突变通常会导致钙通道的功能异常，具体机制如下：钙通道打开时间延长：CACNA1C基因突变导致的一个主要效应是增加钙通道的打开时间。正常情况下，这些通道在接收到信号后会快速开启并关闭，以精确控制钙离子的流入。但在蒂莫西综合征中，突变导致这些通道关闭延迟，使得更多的钙离子进入细胞。钙离子超载：由于钙通道打开时间延长，细胞内的钙离子浓度增高，导致钙离子超载。这种超载对细胞功能产生广泛影响，尤其是在心脏和神经系统中。心脏功能受影响：在心脏中，钙离子超载会干扰正常的心脏节律和收缩功能，导致QT间期延长（心电图上显示心室复极化延迟）和其他严重的心律失常。神经系统发育问题：在大脑中，钙离子流的异常也可能干扰正常的神经发育和神经信号传递，这可能是蒂莫西综合征患者出现认知障碍和自闭症谱系障碍的原因之一。反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotides, ASOs）ASOs是一种基于基因治疗的方法，它能够特异性地调控基因表达。这种方法利用了短的、单链的核酸分子来干扰特定的信使RNA（mRNA）的功能，从而抑制疾病相关蛋白的产生或改变蛋白的功能。原理结合特异性: ASOs是设计来与特定的mRNA序列互补的短链核苷酸。当ASOs与其目标mRNA结合时，它们通过碱基配对原则形成稳定的双链结构。干预mRNA的功能: 结合后，这种双链结构可以通过多种机制来阻断mRNA的正常功能。最常见的机制之一是促使mRNA降解。这通常是通过诱导RNase H酶活性实现的，该酶识别这种双链结构并切割mRNA链。抑制蛋白质合成: 通过降解mRNA或阻止其翻译，ASOs可以有效减少疾病相关蛋白的合成，从而发挥治疗作用。其他作用机制: 除了促进mRNA降解外，ASOs还可以通过改变剪接事件来调节蛋白质的产生。例如，某些ASOs能够修改剪接过程中的选择性剪接位点，从而产生有益的蛋白质变体或避免有害的蛋白质表达。重要里程碑1987年，第一个反义寡核苷酸药物（Vitravene, fomivirsen）开始进行临床试验。这标志着ASO技术从实验室研究转向实际的医疗应用。1998年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了Vitravene（fomivirsen）用于治疗由CMV（巨细胞病毒）引起的视网膜炎。这是第一个获得批准的反义药物，为ASOs在药物开发领域的应用开辟了道路。2006年，FDA批准了Mipomersen，这是一种用于治疗遗传性高胆固醇血症的ASO药物。这一批准进一步验证了ASO技术在治疗复杂的遗传性疾病中的潜力。2016年，Spinraza（Nusinersen）成为第一个被FDA批准用于治疗脊髓性肌肉萎缩症（SMA）的药物。该药物通过调节基因剪接来增加功能性SMN蛋白的产生，这是ASOs应用的一个重大突破。近年来，更多基于ASO的疗法得到开发和批准，如用于治疗杜氏肌萎缩症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）的Eteplirsen和用于治疗遗传性淀粉样变病的Inotersen等。开发和挑战ASOs技术已被用于治疗多种遗传性和获得性疾病，包括但不限于肌萎缩侧索硬化症（ALS）、多发性硬化症（MS）和某些遗传性疾病。这种技术的一个关键优势是其高度的特异性，能够精确靶向疾病相关的基因，从而减少不良反应并提高疗效。此外，ASOs的设计和合成相对容易，允许针对多种疾病快速开发定制治疗方案。尽管ASOs技术具有高度的潜力，但在临床应用中也面临一些挑战：递送问题: ASOs必须进入细胞内部才能发挥作用，因此其递送效率是治疗成功的关键。目前，研究人员正在研究多种方法来提高ASOs的细胞内递送，例如使用纳米粒子、脂质体等载体。稳定性和持久性: 在体内环境中，未经修饰的ASOs可能很快被降解。为了提高其稳定性，ASOs通常会进行化学修饰，如磷酸酯化等，这有助于提高其在体内的半衰期。选择性和副作用: 虽然ASOs设计时具有高度的特异性，但错误的靶向或非特异性结合仍可能导致副作用。因此，优化ASOs的序列以最小化脱靶效应是研究的一个重点。监管和审批: ASOs作为一种新型治疗方法，需要经过严格的临床试验和监管审批过程。确保治疗的安全性和有效性对于获得监管机构的批准至关重要。皮质类器官体（cortical organoids）和前脑组装体（forebrain assembloids）模型在该研究中，皮质类器官体（cortical organoids，hCO）和前脑组装体（forebrain assembloids，hFA）被用于评估治疗策略对神经疾病的影响。通过使用来自特定Timothy综合症的患者细胞创建的这些模型，研究人员能够模拟疾病的分子和细胞特征，并评估药物干预的效果。研究中，hCO被移植到新生大鼠的感觉皮层中。这些器官体在移植后能够生长并发展成熟的细胞类型，这些细胞能够整合进入大脑的感觉和动机相关回路。实验通过使用前向引物靶向外显子7和反向引物靶向外显子9的PCR产物来分析。此外，实验还展示了ASO在移植模型中通过减少异常的外显子8A的表达，从而修复离子通道缺陷和细胞内钙流动的缺陷。hFA模型通过合并两种不同类型的器官体（hCO和hSO，即皮质和纹状体类器官体）来构建，以模拟更复杂的脑区间交互作用。实验中评估了ASO对于这些组装体中的细胞迁移的影响。使用了钙成像技术和盐运动长度测量，研究表明ASO处理能显著改善TS模型中的神经元迁移缺陷，具体体现为改善细胞运动缺陷和细胞间的钙动力学。这些模型被认为具有显著的潜力，尤其是在模拟人类大脑的复杂交互作用以及测试新的治疗方法方面。模拟人类大脑的复杂性组织复杂性：皮质类器官体和前脑组装体能够复制人类大脑的三维结构，包括多种类型的神经细胞和支持细胞。这些细胞在器官体中可以自组织成类似于实际大脑的微环境，形成具有区域特异性的层和结构。功能性：这些模型不仅能够展示细胞的生长和分化，还能够展现细胞间的电活动和网络连接。例如，研究已经表明，皮质类器官体能够产生类似于大脑的同步振荡模式，这对研究神经网络的功能和病理极为重要。测试治疗方法的有效平台药物测试：由于这些模型展示了与人脑类似的药理反应，它们成为了药物筛选和毒性测试的理想工具。这是因为它们能够反映出人类细胞对药物的具体反应，而非依赖于动物模型的预测，这些动物模型可能在生理和遗传层面与人类存在差异。基因编辑：基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）可以在这些模型中使用，以研究特定基因变异对大脑发育和功能的影响。这对于理解遗传性神经疾病的根本原因和发展针对这些病变的治疗策略具有重要意义。实验研究支持疾病模拟：通过基因编辑产生的带有疾病特定突变的皮质类器官体和前脑组装体，为研究诸如自闭症谱系障碍、神经退行性疾病等复杂病症提供了有价值的见解。这些模型帮助研究人员理解疾病是如何从分子层面影响大脑结构和功能的。疗效评估：在这些模型中测试药物和基因疗法的效果，能够提供关于治疗策略在真实人类细胞条件下的实际效果的直接证据。多模式研究的重要性该研究通过结合体外（in vitro）模型，如皮质类器官体（cortical organoids）和前脑组装体（forebrain assembloids），与体内（in vivo）模型进行研究，这种策略能够增强对神经精神疾病的理解。这种组合方法在神经科学研究中尤为重要，尤其是在研究那些在传统动物模型中难以模拟的人类特有的病理生理特征时。体外模型提供了一个可控的环境，可以详细观察细胞行为和基因表达，特别是在神经发育早期。例如，通过皮质类器官体可以观察到在神经系统发育中特定基因如何影响细胞命运和层次结构的形成。体内模型，如基因修饰小鼠模型，提供了一个整体生理环境，可以研究神经网络如何在整个生物体中功能性地运作和相互作用。例如，研究人员使用人类诱导多能干细胞（hiPSCs）导出的神经前体细胞移植到小鼠大脑中，成功地观察了这些细胞如何在一个活体环境中整合并参与网络活动，这证明了体外和体内模型结合使用的有效性。许多神经精神疾病，如自闭症和精神分裂症，在传统的动物模型中难以复制人类特有的病理特征。使用体外人类细胞模型可以更准确地模拟这些疾病的人类特异性病理过程。潜在的局限性研究中提到未来的研究应该探索ASO序列和化学修饰、内源前体mRNA（pre-mRNA）水平、细胞类型的背景以及潜在的脱靶效应对治疗效果的影响。此外，疗效的评估也需要更多的数据支持。人类大脑组织的获取困难，特别是对于在胎儿期就开始表现的疾病，如TS，这一点对开发治疗方法构成了实质性挑战。尽管使用了人类患者衍生的三维多细胞模型进行了体内外研究，但动物模型的不可用或不能完全再现人类病理生理学仍是一个问题。这对于研究其他神经精神疾病及评估治疗的效率和安全性也有重要影响。潜在的研究方向该研究强调了ASOs在纠正如TS这样的遗传性疾病中的治疗潜力，通过调节基因中特定外显子的剪接来实现。未来的研究可以专注于改进这些分子，以获得更好的特异性和降低毒性，将这种策略扩展到TS之外的其他神经精神和神经发育障碍。未来的研究还可探索ASOs的系统效应，考虑到目标蛋白如CaV1.2（钙通道1.2）的广泛表达。需要进一步的研究来验证ASO疗法在体内的长期安全性和有效性。这包括开发改进的传递系统，确保ASOs有效且一致地到达其目标组织。患者反应的可变性和潜在的脱靶效应仍是关键挑战。将基于ASO的疗法与CRISPR/Cas9等其他新兴技术以及先进的药物传递系统结合，从而开发更加强大和精确的治疗方法。研究可以探索如何优化这些组合，以增强治疗效果并最小化不良反应。随着这些疗法向临床应用进展，解决基因修饰治疗的伦理、法律和社会影响至关重要，特别是在可及性、患者同意以及潜在的非预期遗传变化方面。原文链接Chen X, Birey F, Li MY, Revah O, Levy R, Thete MV, Reis N, Kaganovsky K, Onesto M, Sakai N, Hudacova Z, Hao J, Meng X, Nishino S, Huguenard J, Pașca SP. Antisense oligonucleotide therapeutic approach for Timothy syndrome. Nature. 2024 Apr;628(8009):818-825. doi: 10.1038/s41586-024-07310-6. Epub 2024 Apr 24. PMID: 38658687; PMCID: PMC11043036.https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07310-6责编|探索君排版|探索君转载请注明来源于【生物探索】End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell 综述

据估计，全球约有3.5亿患者受罕见病影响，是艾滋病和癌症患者总数的两倍多。尽管当前罕见病研究取得重大进展，使得更深入理解其分子机制，同时也通过立法保证了监管和经济激励，从而推动罕见病特定疗法的开发。然而，将罕见病知识转化为疗法的速度远远落后于这些知识的生成速度。解决这一转化差距是一项多方面的挑战，其关键方面之一是选择最佳的治疗方式。来自比利时罕见病联盟的Erik Tambuyzer和Marco Prunotto研究团队在期刊《Nature Reviews Drug Discovery》上发表了题为“Therapies for rare diseases: therapeutic modalities, progress and challenges ahead”的文章，详细探讨了罕见病的主要治疗方式的技术基础和其适用性，包括小分子药物、抗体药物、蛋白质替代疗法、寡核苷酸疗法、基因和细胞疗法，以及药物再利用。对于每种治疗方式，作者比较了不同模式下的分子靶向机制（图1），描述了基于该平台的药物开发的临床进展，并分析了其作为罕见病疗法开发平台的优缺点。希望本文能为罕见病领域的药物发现提供入门介绍，并推动科学进步转化为新型疗法。图1 不同治疗模式的特点和监管批准数据（图片来源：Tambuyzer E et al, Nat Rev Drug Discov, 2020）1小分子药物小分子药物因多样的给药途径、可控的剂量、高稳定性、合成规模大以及相对较低的成本等优势，是罕见病药物研发中最成熟的药物平台。罕见病的小分子药物的发现通常来源于对模式细胞系的大规模筛选。在将候选小分子筛选转化用于临床疗法时，建立高通量筛选是局限性之一。近期，包括诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS）、基因编辑技术（CRISPR-Cas systems）和类器官（Organoids）在内的几项最新发展有效提升了筛选通量及效率。理论上，可以从患者的皮肤活检样本中建立iPS细胞，并分化为表达疾病表型特征的细胞类型。类器官3D培养更能模拟组织结构和功能，特别是当需要针对特定突变的药物时，它是筛选小分子药物的绝佳模型。模式生物筛选也正在成为重要的遗传和化学发现平台，特别是对于可能改变疾病表型的小分子药物。这些筛选还考虑到药物进入细胞中的摄取和毒性因素。CRISPR-Cas9基因编辑技术和转基因技术的出现使得可以引入特定的突变。同时，在几种模式生物中进行验证可以加速潜在疗法向临床的转化。对于囊性纤维化，根据对CFTR基因中潜在突变的了解，通过细胞筛选可获得治疗性小分子药物。当前FDA已批准两种抑制缺陷酶底物生物合成的小分子疗法（用于戈谢病的miglustat和eliglustat）和一种作为伴侣蛋白稳定并恢复突变酶功能的小分子疗法（用于法布里病的migalastat），还有其他候选药物正在进行临床试验，包括用于治疗法布里病的CNS穿透性化合物ibiglustat。在杜氏肌营养不良（duchenne muscular dystrophy, DMD）患者中，抗肌萎缩蛋白的编码基因存在终止密码子突变，小分子ataluren能够在小鼠模型中促进终止密码子通读，目前已在欧盟获得批准。小分子药物也可用于提升蛋白质水平，如促进肌营养相关蛋白表达，在动物模型中也可以减缓DMD。另外，几种处理下游效应(如炎症和纤维化)的小分子药物也在DMD临床试验中显示出疗效，可以联合使用。最后，目前正在开发用于LSDs的小分子蛋白稳态调节剂，可增强内源性细胞对应激的反应，并上调HSP70（heat shock protein 70）以促进蛋白质折叠。小分子药物在药物研发中仍处于前沿地位，其靶向广泛，生产成本合理且可大规模生产。对于罕见病而言，该平台有着丰富的科学、临床和监管经验。对于分子病因不明或有多重因素参与的罕见病，表型筛选也会对发现有效小分子起到正面作用。但同时，找到既具备好的药理学效应和药代动力学效应又能使脱靶效应低的小分子较为艰难，需要经历复杂的优化过程。当然，目前一些已被证明安全的其他药物可以应用于罕见病，随着对罕见病机理研究的深入，类似于靶向不同病因的联合疗法也将成为可能。2抗体药物抗体药物主要通过调节信号通路、募集细胞或蛋白质至特定部位、传递细胞毒素或中和及调节循环因子来发挥作用。单克隆抗体（monoclonal antibody, mAbs）由B淋巴细胞产生，能够在体液免疫反应中识别抗原。mAbs的两个关键特性是对特定抗原的特异性和这种特异性的持续性。针对第一批鼠源性mAbs具有免疫原性和较短的半衰期问题，研究者们设计了人-鼠混合mAbs、人源化小鼠mAbs或人源mAbs来开发有效mAbs治疗药物。另外，抗体工程的进步使得抗体可以以naked mAbs或更小的工程化抗原结合片段（antigen-binding fragments, Fab）的形式生产，帮助提高限定区域（如眼底）的药物浓度，降低全局生物活性，并降低毒性。工程技术还允许生产双特异性抗体（bispecific antibody, BsAb），相比mAbs更有优势，能够直接引导免疫系统靶向肿瘤细胞或同时阻断两个不同的靶点，迄今为止已有2种BsAb获批上市。抗体恒定区（fragment crystallizable, Fc）也可与其他非抗体相关蛋白结构域融合，作为单独的治疗性抗体，或将全长抗体与小分子融合，形成ADCs。Fc融合蛋白具有IgG的优势，能促进体内稳定性，实现特异性治疗，目前已有8种Fc融合蛋白被批准。ADCs利用mAbs的特异性，选择性地将细胞毒性药物递送至肿瘤细胞，从而减少对健康组织的损伤。目前只有少数ADCs被批准用于血液肿瘤，但该领域较为活跃，有超过50种ADCs正在进行临床试验。依库珠单抗（eculizumab）是一种靶向末端补体蛋白C5的mAb，10多年前首次被批准用于治疗阵发性睡眠性血红蛋白尿症（paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH），此后又被批准用于非典型溶血性尿毒综合征（atypical haemolytic uraemic syndrome）和重症肌无力（myasthenia gravis）。卡那单抗（canakinumab）最初是为类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis）开发的一种靶向关键炎性细胞因子IL-1β的mAb，2009年被重新应用并批准用于治疗cryopyrin相关周期性综合征，该项目临床试验还为批准其用于治疗其他三种与IL-1β相关的罕见周期性发热综合征提供了依据。IL-1β也是利纳西普（rilonacept）的靶点，于2008年被批准用于治疗cryopyrin相关周期性综合征。目前已批准的两种BsAbs中，分别是血友病（hemophilia）治疗药物艾米珠单抗（Emicizumab）和获得性血栓性血小板减少性紫癜（acquired thrombotic thrombocytopenic purpura, ATTP）治疗药物卡普赛珠单抗（caplacizumab）。基于mAb的治疗平台具有高度特异性，脱靶毒性低，稳定性高，有助于降低给药频率。对于获能突变引发的罕见病，已经建立了合适的mAb疗法。然而，mAbs的大尺寸限制了其对组织和细胞的穿透，从而阻碍了对某些理论上理想靶点(如细胞内蛋白)的结合。由于需要在良好生产规范条件下大规模培养哺乳动物细胞并进行大量纯化步骤，因此mAbs的制造成本也非常高。此外，mAbs需要注射给药，因此在制剂阶段需要非常高的无菌标准，并且可能引发注射部位的不良反应。当前mAb平台研发部署较少，但高效、安全地识别和制造mAbs的能力正在“普及”，再加上在生产环节可实现更高的mAb滴度，这大大降低了商品成本。其次，mAbs的廉价生物仿制药进入市场可能有助于重新利用该抗体。3蛋白质替代疗法蛋白质替代疗法，长期以来一直是治疗特定蛋白质功能丧失相关的罕见病的重要基石。较为成功的方向是使用外源补充的酶来替代缺失或者功能缺陷的酶进行治疗—ERT疗法，ERT的研究主要靶向溶酶体酶相关的LSDs。应用于ERT的酶大部分来源于重组蛋白。ERTs通常使用哺乳动物细胞系生产，最常见的是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞。与所有重组蛋白疗法一样，从生物反应器发酵液纯化制备的酶是复杂的，需要高度控制，以保持最终产品的生物活性和足够的产量。此外，制造参数(如生物反应器的规模)的变化可能导致最终产品出现特性差异，这可能会被监管机构认为有临床意义。迄今为止，全球已开发并批准了11种不同的重组ERTs，包括戈谢病、法布里病、Hurler-Scheie综合征（黏多糖贮积症Ⅰ型（MPSⅠ））、亨特综合征（MPS Ⅱ）、庞贝病、Maroteaux-Lamy综合征（MPS Ⅵ）、溶酶体酸性脂肪酶缺乏症（沃尔曼病）、巴顿病（神经蜡样质脂褐质沉积症2型）、Morquio A综合征（MPS ⅣA）以及最近的Sly综合征（MPS Ⅶ）和α-甘露糖苷贮积症。在LSDs领域，目前正在为圣菲利柏A综合征（MPS ⅢA）和圣菲利柏B综合征（MPS ⅢB）开发多种ERT。在LSDs领域之外，使用天然(人类和动物)酶的ERTs已被批准用于A1AT增强疗法和与腺苷脱氨酶（adenosine deaminase, ADA）缺乏相关的重症联合性免疫缺陷病（severe combined immunodefiency, SCID），重组ERTs也被批准用于低磷酸酯酶症（FDA和EMA）和苯丙酮尿症（FDA）。在病程的早期（即在重大不可逆器官损伤发生之前），替代酶能够以合适的剂量被输送到合适的组织和细胞，ERT就会非常有效。酶递送是受体介导并具有剂量依赖性，在戈谢病中，酶表面的甘露糖分子有助于酶进入相关细胞类型，即巨噬细胞。然而，对于其他LSDs，如黏多糖病、法布里病等，ERT的开发较为困难，因为病理性底物积聚发生在缺乏或表达低水平甘露糖受体的其他细胞类型中。此外，当酶需要被输送到血管系统服务较少的器官或组织时，需要较高的剂量才能达到正确的治疗效果。而静脉注射ERT对神经病变亚型的神经学表现无效，因为酶体积太大，无法穿过血脑屏障。因此，在一些LSDs试验中正在测试向CNS实现鞘内注射ERT。ERT疗法安全性高，很少有患者出现不良反应。但是可能会引起过敏，从而限制治疗的效果，并且对于受到不可逆器官损伤的重症患者，ERT治疗效果非常差。当前，ERT技术仍存在局限性，包括制造和纯化重组酶的成本，以及建立新产品制造能力所需的时间。4寡核苷酸疗法目前已经开发出几种靶向RNA的方法，其中研究最广泛的是ASOs和siRNAs，寡核苷酸疗法是通过序列特异的碱基配对与RNA靶点结合的合成核酸序列，从而以各种方式影响基因表达。ASOs是单链分子，并通过核糖核酸酶H引发其选择性降解，导致相应蛋白的表达下调。siRNAs属于内源性基因调控机制，为双链结构，通过整合修饰后的化学骨架以增强其药物特性。它们通常会与脂质纳米颗粒或N-乙酰半乳糖胺等载体结合实现肝脏递送。此外，单链RNA阻断剂通过与前体mRNA或mRNA杂交，也有助于基因功能障碍相关的罕见病的治疗，且能够恢复基因功能，而不是只像ASO和siRNA一样起到抑制作用。1998年，第一种获得FDA批准的ASO药物是用于治疗免疫受损患者（包括艾滋病患者）巨细胞病毒视网膜炎的福米韦森（fomivirsen）。虽然福米韦森后来已被撤市，但其他ASO药物也随之出现，例如米泊美生（ASO mipomersen）于2013年被批准用于治疗家族性纯合子高胆固醇血症。寡核苷酸疗法在罕见神经系统疾病中的应用或许最具前景，近年来获得数项开创性批准。其中Patisiran是一种与脂质相结合的siRNA，成为FDA批准的首个siRNA疗法，随后不久FDA批准了ASO药物Inotersen。这两种药物均是通过降解编码TTR的mRNA发挥作用。另外两种RNA阻断型寡核苷酸疗法Nusinersen和Eteplirsen也已被批准用于罕见的神经系统疾病。Nusinersen通过增加SMN2 mRNA转录本中的外显子7包含物发挥作用，从而生成SMN蛋白，已在美国和欧盟获批上市。Eteplirsen旨在校正翻译阅读框并生成缩短但仍具功能的抗肌萎缩蛋白，主要用于治疗DMD。然而Eteplirsen的效果一直存在争议。寡核苷酸疗法具有高度特异性，能够解决传统疗法无法触及的靶标，并且由于全身暴露有限而降低了毒性。这极大扩展了可选目标的数量和类型。由于大多数已知的罕见病是遗传性的，寡核苷酸疗法通过靶向RNA为降低罕见病所引发的较大的发病率和死亡率提供了关键机会。然而，寡核苷酸不易穿过血脑屏障，因此需要采取有创的给药方式（如鞘内或脑室内途径），这仍然是其在CNS疾病临床应用的最大障碍之一。尽管如此，近期获得监管机构批准的成功案例数量可能会推动其针对其他罕见病的研究和开发。例如，靶向亨廷顿蛋白（HTT）mRNA的ASO药物（RG6042），最近已进入临床Ⅲ期试验，希望这能成为针对这种神经退行性疾病的首个疾病修饰疗法。5基因与细胞治疗基因治疗在罕见病中的作用原理主要为两种，一种是表达所需蛋白以弥补特定蛋白质功能丧失，另一种是利用RNA干扰机制抑制基因表达。腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV）载体和逆转录病毒（retrovirus）/慢病毒（lentivirus）载体是目前常用于罕见病临床研究的两种基因治疗平台。重组AAV载体可以插入小于5000个碱基的治疗性转基因以进行基因治疗。目前已鉴别出13种AAV血清型，不同的AAV血清型具有不同的组织趋向性。例如，AAV8已在三项临床试验中用于将基因递送至肝脏；AAV9已用于四项神经系统疾病的临床试验中。治疗用的AAV不会将基因整合进人体细胞，保证了安全性，但其会在细胞复制中丢失信息，因此只能用于非分裂（或分裂缓慢）细胞类型的基因治疗。AAV载体具有良好的安全性，在200多项临床试验中没有死亡或致癌记录。在人体内引起的最常见严重不良反应是肝转氨酶水平升高（表明肝损伤），与对AAV衣壳蛋白的免疫反应有关，通常可以通过类固醇治疗来控制。逆转录病毒包含单链RNA基因组，通过逆转录将基因整合到人类基因组中，实现基因组的永久修饰。慢病毒是逆转录病毒家族的一个属，不依赖有丝分裂进入细胞核，其感染效率更高且可以自我灭活，因此可用于递送基因至分裂或非分裂细胞中。根据最初的细胞来源，细胞疗法可分为患者特异性来源（通常是自体的）或已制备好的细胞来源这两类。可用的细胞类型包括T细胞、树突状细胞（dendritic cell, DC）、间充质基质细胞（mesenchymal stromal cell, MSC）、成纤维细胞、自然杀伤（natural killer，NK）细胞、神经干细胞、诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）等，通过靶细胞分离（选择、分选）、培养（扩增、激活）、洗涤、体积减少和其他配制组合的过程进一步修饰源细胞。离体修饰通常是通过使用病毒载体实现的。与体内基因组编辑相比，体外编辑的脱靶风险将大大降低。在临床应用方面，AAV疗法已被证实在脊髓性肌萎缩症（spinal muscular atrophy, SMA）、A型和B型血友病（hemophilia）、芳香族L-氨基酸脱羧酶缺乏症（aromatic L-amino acid decarboxylase deficiency, AADCd）等多种罕见病中有效，目前有8种AAV基因疗法已被批准上市（表1）。表1 全球获批上市的8款AAV基因治疗产品在单基因罕见疾病方面，AAV载体已经体现出临床优越性。相关研究表明，AAV载体可在非分裂细胞中持续多年地表达基因。但其生产制造的复杂性和成本远高于小分子，其他局限包括免疫应答导致的AAV转导细胞的丢失、缺乏用于其他相关组织和细胞类型的载体血清型、以及基因组的有限荷载。另外，基因组编辑完成后相关基因的长期表达可能会带来负面影响，但是其中的致癌问题可通过自灭活慢病毒载体解决。而细胞疗法的一个关键局限性是目前尚无法确定产品的特征以确保一致性，其确切作用机制可能也不清楚，因此提高了使用的成本。相较于小分子、抗体和蛋白质替代疗法，基因和细胞疗法尚处于早期发展阶段，然而，这种疗法可能是一次性治疗甚至可以治愈疾病，因此对罕见病具有深远的意义。— 总结 —  在详尽阐述了当前罕见病新药开发的主要技术平台之后，作者还简要概述了一些深刻影响此类药物研发环境的核心问题和关键因素，为全面理解罕见病药物研发领域提供了更为深入的视角。01孤儿药开发监管途径孤儿药开发的各种监管途径和经济激励措施，如今在美国、欧洲、日本和其他地方都已确立。为加快创新药的研发速度，解决重大未满足的医疗需求，已经出台了几项监管措施，包括美国的快速通道、加速审批、优先审查、突破性疗法认定和再生医学先进疗法认定，以及欧盟的有条件上市许可、特殊情况批准、加速评估、优先药物（PRIME）计划和先进疗法监管。对FDA和EMA的批准进行审查发现，这些项目更多地用于孤儿药，而非用于治疗非罕见病产品（表2）。表2 孤儿药的快速监管审查途径（图片来源：Tambuyzer E, Vandendriessche B, Austin CP, et. al, Nat Rev Drug Discov, 2020）02患者参与监管决策和孤儿药开发患者权益组织在孤儿药开发中将继续扩大其作为研究伙伴的角色，他们在确定临床终点、制定知情同意书、招募患者等方面提供专业知识，并参与监管机构会议，讨论研发活动以及医疗产品监管审查中的效益风险评估。同时在药物开发早期，患者的观点也极具价值。例如，在建立患者登记系统和生物样本库以及选择临床试验终点方面，这些在罕见病中往往未得到很好的确立。尽管已经努力选择适合目的的终点，但许多罕见病的异质性降低了候选药品的敏感性，再加上患者数量少，可能会导致假阴性。通过使用可以在临床试验前、中和后期实施的半结构化视频访谈，来捕捉患者及其看护者对变化的看法，可以防止这种假阴性。另外对于从事孤儿药开发的研究人员来说，与相关患者建立良好关系非常重要，并且应该尽早建立。03推动罕见病疗法的有效研究和开发罕见病患者群体多样，值得作为更高的公共卫生优先事项来对待。罕见病领域的所有利益相关者都需要协作，以弥合罕见病领域基础研究与治疗开发之间的巨大鸿沟。当前，对罕见病的高质量研究没有到达临床阶段就结束了。在美国和欧盟，尽管孤儿药的数量都在稳步增长(图2)，但仅有约5%的孤儿药获批。此外，一些疾病领域也存在巨大的偏倚，超过1/3的孤儿药被批准用于肿瘤适应证(图3)。图2 罕见病在科学知识和治疗方法之间的巨大差距（图片来源：Tambuyzer E, Vandendriessche B, Austin CP, et. al, Nat Rev Drug Discov, 2020）图3 罕见病和孤儿药的关键因素（图片来源：Tambuyzer E, Vandendriessche B, Austin CP, et. al, Nat Rev Drug Discov, 2020）对于肿瘤以外的罕见病，在将现有基础科学转化为治疗方法方面存在一个重大缺口。标准技术平台和就绪性的评估机制可以增强患者组织的能力，并促进治疗开发的进展。将罕见病的基础研究转化为治疗方法已成为公共和慈善事业的首要任务，提供资金支持，并为患者群体提供咨询和支持服务，这将有助于降低早期研究结果的风险，让更多行业参与推动新疗法。此外，在全球合作中共享诊断数据，能够保护患者隐私，将有助于更轻松、更快速地诊断罕见病，并推动跨疾病分析。数据的统一可以减少重复工作和成本，提高效率，增加领域专业知识。传感器技术的日益普及将提供更多研究数据，如识别具有相似症状的不同的疾病可能共享的药物反应模式等。在建立登记系统以及临床和自然史研究时，也应咨询患者组，以确保考虑患者的观点。最后，通过对罕见病药物研发中使用的技术平台的概述，希望这篇文章将成为帮助基础科学转化为此类疾病治疗开发的宝贵资源。同时还希望，这将引发人们对资助和培养转化科学文化的兴趣，以减轻全球罕见疾病患者的痛苦。关于劲帆医药劲帆生物医药科技（武汉）有限公司简称“劲帆医药”，创立于2022年，提供一站式基因治疗药物CRO/CDMO服务。拥有全球领先的AAV规模化制备专利技术平台及cGMP级病毒载体生产车间，致力于推进基因治疗更有效，更安全，更经济，更可及，赋能客户，造福患者。关于同写意 同写意论坛是中国新药研发行业权威的多元化交流平台，二十年来共举办会议论坛百余期。“同写意新药英才俱乐部”基于同写意论坛而成立，早已成为众多新药英才的精神家园和中国新药思想的重要发源地之一。同写意在北京、苏州、深圳、成都设立多个管理中心负责同写意活动的运营。尊享多重企业/机构会员特权 ● 分享庞大新药生态圈资源库；● 同写意活动优享折扣；● 会员专属坐席及专家交流机会；● 同写意活动优先赞助权；● 机构品牌活动策划与全方位推广；● 秘书处一对一贴心服务。入会请联系同写意秘书处 同写意创新链盟机构 （上下滑动查看更多）森西赛智 | 汇芯生物 | 申科生物 | 方拓生物 | 东抗生物 | 科盛达 | 依利特 | 翊曼生物丨锐拓生物丨复百澳生物丨圆因生物丨普洛斯丨华润三九丨皓阳生物丨人福医药丨广生堂药业丨澳宗生物丨妙顺生物 | 荣捷生物丨行诚生物 | 宜联生物 | 生命资本 | 恒诺康丨益诺思 | 深圳细胞谷丨佰诺达生物 | 沃臻生物 | 金仪盛世 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