Science：新型AAV载体来了！递送效率提升30倍，或带来神经系统疾病治疗突破

2024-06-21

基因疗法上市批准

自1995年AAV载体首次被用于人类患者以来，AAV基因疗法已经发展了近30年，并成为了创新药领域的热门赛道之一。据医药魔方NextPharma®数据库，截至2024年6月21日，全球已有8款AAV基因疗法获批上市，900多个管线同步在研。从适应症来看，神经系统疾病的热度已排名第二，而如何改善AAV的脑部递送问题也一直是科学家们在攻克的难题。全球获批上市的AAV基因疗法备注：2017年Glybera由于缺乏市场需求撤市近日，最新发表在Science杂志上的一项研究中，来自Broad研究所的科学家们设计了一种新型AAV载体，这类载体能够在人类细胞模型中有效地穿过血脑屏障，并在人源化小鼠的大脑中递送基因。这一发现朝着开发有效治疗脑部疾病的基因疗法迈出了重要一步，有望为由单一基因突变引起的神经发育障碍（如Rett综合征）以及多种神经退行性疾病（如ALS、帕金森病、亨廷顿氏病）带来更好的治疗选择。来源：Science 基因疗法有望治疗一系列严重的遗传性脑部疾病，但目前FDA批准的AAV载体无法有效穿过血脑屏障并递送治疗载荷。这道屏障是一种高度选择性的膜，将血液与大脑分离开。几十年来，跨越血脑屏障的巨大挑战一直阻碍着安全、有效的脑部疾病基因疗法的发展。在这项新研究中，科学家们设计出了首个公开发表的靶向一种人类蛋白的AAV。具体来说，这种新型载体与人类转铁蛋白受体（transferrin receptor）结合，后者在人类血脑屏障中高度表达。研究表明，当将这类AAV注射到表达人源化转铁蛋白受体的小鼠血液中时，进入大脑的新型AAV水平远高于FDA批准的用于中枢神经系统疾病基因疗法开发的AAV9。此外，新型AAV还到达了很大一部分重要的脑细胞类型，包括神经元和星形胶质细胞。研究还表明，新型AAV能够将GBA1基因的拷贝递送到整个大脑的大部分细胞中，该基因已被证明与戈谢氏病、路易体痴呆和帕金森病有关。多年来，研究人员通过构建大规模AAV文库来开发有特定用途的AAV，并通过在动物身上进行测试，以确定最佳候选载体。但这种方法即便成功了，也经常会出现在其他物种中不能同样起作用的窘境，且这种方法也无法显示，筛选得到的AAV是如何到达目标位置的。很多使用来自这种筛选方法的AAV开发的基因疗法很难在人类研究中重复动物实验的成功。为了找到一种更有可能到达人类大脑的递送载体，领导该研究的Ben Deverman博士及其团队转向了一种不同的方法：他们在试管中筛选能够与一种特定的人类蛋白结合的AAV文库，然后在表达了这种人类蛋白的细胞和小鼠中测试最有希望的候选AAV。在该研究中，科学家们选择的人类蛋白是人类转铁蛋白受体，该蛋白长期以来是致力于到达大脑的抗体疗法的靶点，且有证据显示，很多这种抗体疗法能够到达人类大脑。该小组的筛选技术鉴定出一种名为BI-hTFR1的AAV，它能与人类转铁蛋白受体结合，进入人类脑细胞，并绕过人类细胞模型的血脑屏障。靶向人类转铁蛋白受体的新型AAV成功将“目标基因”递送到人源化小鼠的大脑中，上图显示，从目标基因转录而来的RNA（橙色）包围了脑血管系统(蓝色)（来源：Deverman博士实验室）为了在动物身上测试BI-hTFR1，研究人员构建了表达人类转铁蛋白受体的小鼠。之后，他们将BI-hTFR1注射到这类小鼠的血液中，并发现，与不含人类转铁蛋白受体基因的小鼠相比，注射BI-hTFR1后，表达人类转铁蛋白受体基因的小鼠大脑和脊髓中的AAV（BI-hTFR1）水平显著提高，这表明该受体正在积极地帮助BI-hTFR1穿越血脑屏障。这类新型AAV在脑组织中的积累量也比AAV9（FDA批准的治疗脊髓性肌萎缩症的基因疗法Zolgensma基于AAV9开发）高40-50倍，且到达了大脑不同区域71%的神经元和92%的星形胶质细胞。 BI-hTFR1有效地将基因递送到TFRC KI小鼠的中枢神经系统，且成功转导神经元和星形胶质细胞(来源：Science) 接着，研究团队使用BI-hTFR1来递送人类GBA1基因的健康拷贝，该基因在多种神经系统疾病中发生突变。在小鼠研究中，新型AAV递送GBA1基因的拷贝数是AAV9的30倍，且基因被递送到了整个大脑。 BI-hTFR1有效递送GBA1并增加TFRC KI小鼠大脑中GCase活性(来源：Science) 研究团队认为，这一新型AAV是开发基因疗法的理想选择，因为它靶向一种人类蛋白，且与AAV9有类似的产量及纯化率。由Deverman博士联合创办的biotech公司Apertura Gene Therapy已经在开发利用该AAV载体靶向中枢神经系统的新疗法。参考资料： [1]https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/science.adm8386 [2]https://www.broadinstitute.org/news/new-gene-delivery-vehicle-shows-promise-human-brain-gene-therapy [3]https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41573-019-0012-9 推荐阅读 Nature：一篇5000字「核药」报告专访蔡磊&李龙承：攻克渐冻症，RNAi疗法是“绝望中的希望之光” Copyright © 2024 PHARMCUBE. All Rights Reserved. 欢迎转发分享及合理引用，引用时请在显要位置标明文章来源；如需转载，请给微信公众号后台留言或发送消息，并注明公众号名称及ID。免责申明：本微信文章中的信息仅供一般参考之用，不可直接作为决策内容，医药魔方不对任何主体因使用本文内容而导致的任何损失承担责任。