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官宣:基因治疗病毒递送载体系统独家盘点丨医麦新观察

· 医麦新观察

近年来,各大药企、研究机构和投资机构对基因治疗领域产生了超乎以往的兴趣,出现了大量基因疗法初创公司,并且获得数百万美元的私人和公共投资。许多非营利基金会也为基因治疗应用的发展做出了巨大贡献。

尽管临床前和临床基因治疗研究的成本是巨大的,基因治疗在经历了一段过山车轨迹之后,当下正进行复兴。

该领域的核心仍然在很大程度上依赖于已经进展很大的基因转移系统。无论是在体(in vivo)还是离体(ex vivo)基因治疗,其第一步都是将治疗性转基因/基因编辑工具包装进递送载体,然后通过扩增宿主细胞系,以达到足够高的载体浓度。

基于安全性和治疗性DNA容量问题,非病毒递送方法变得越来越普遍。最简单的非病毒基因传递系统如裸DNA、质粒DNA,当直接注射到某些组织,特别是肌肉时,产生显著水平的基因表达,但仍然低于用病毒载体实现的基因表达

目前,病毒载体仍然是基因治疗试验最流行的递送方法,迄今为止,已用于大约三分之二的试验。

根据一项2017年的统计,腺病毒是最常用的载体,占所有试验的20.5%,但自2012年(23.3%)以来有所下降。近年来,逆转录病毒载体使用率同样下降(只占试验的17.4%,而2012年为19.7%,2007年为22.8%,2004年为28%),这很大程度上是由于慢病毒载体(约为7.3%,比2012年的2.9%增加)的出现,提高了安全性以及扩大了使用范围。类似的趋势发生在腺相关病毒载体的使用情况,从2012年的4.9%增加到2017年的7.6%。

基于其他病毒的载体使用较少,包括痘苗病毒(4.9%)、单纯疱疹病毒(3.6%)和痘病毒(2.7%)等。

基因治疗病毒载体的特性

逆转录病毒(Retrovirus, RV)

单链RNA病毒,可高效地感染多种类型细胞,将外源基因随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中持续表达。

不足之处

①不能感染非分裂细胞;

②转录终止能力相对较弱,从而有可能造成转录通读;

③可能造成插入性突变,导致癌症的发生。

历史

  • 20世纪80年代,γ-逆转录病毒(γ-retrovirus)及C型逆转录病毒(C-type retrovirus)被用于第一代基因治疗临床试验,旨在将缺陷基因的正常拷贝传递到患者的造血干细胞(HSC)或T细胞中。

  • 2000年,法国内克尔医院研究组利用逆转录病毒感染HSC成功治愈X-连锁重症联合免疫缺陷症(X-SCID)。但在3年后,其中5例受试者发展成白血病,其中1位因此死亡,后来发现诱发白血病是由于逆转录病毒在基因组中的随机插入激活了癌基因的表达所致。

  • 2016年,英国制药巨头葛兰素史克(GSK)开发的基因疗法Strimvelis在欧洲上市,用于治疗腺苷脱氨酶(ADA)缺乏性重度联合免疫缺陷症(ADA-SCID)儿科患者,成为首个获批的γ-逆转录病毒载体基因疗法

  • 时至今日,逆转录病毒载体仍然是离体基因治疗的最佳系统,尽管存在着与癌基因的插入活化或肿瘤抑制功能的失活有关的潜在问题。

  • 慢病毒(lentivirus, LV)

    以HIV-1(人类免疫缺陷I型病毒)为基础,属于逆转录病毒,它能够避开免疫系统。LV对分裂和非分裂细胞的感染效率能达到30%,而γ-逆转录病毒对大多数细胞的感染效率<30%并且依赖细胞的分裂。因此,慢病毒载体是目前大多数HSC编辑的首选工具,代表公司是bluebird bio。

    相对于腺病毒、腺相关病毒,LV能携带更大、更复杂的转基因,并且随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中,使产物稳定和长期的表达。

    不足之处

    LV虽然和γ-逆转录病毒一样存在可能发生插入突变的安全性问题,但后者会整合入基因的5'非翻译区,前者则优先整合进基因的编码区域,从而降低致癌风险。一系列的临床研究证实,LV的安全性更高,适用性也更广。

    无包膜的线性双链DNA病毒,AdV的宿主细胞范围广泛,有效感染分裂细胞和非分裂细胞,促使高水平的基因表达。DNA分子在宿主细胞的细胞核中游离,不与宿主细胞基因组整合,因而不存在插入突变风险

    不足之处

    ①有较强的免疫原性;

    ②目的基因的表达时间短,可能需要重复治疗;

    ③缺乏特异靶向性,在一些缺乏其相应受体的细胞中感染效率低

    历史

    • 1999年9月13日,Jesse Gelsinger成为了第一例因基因治疗死亡的病例,当时18岁的Gelsinger患有鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺陷(OTC),在由宾夕法尼亚大学的James Wilson领导的1期临床试验中,研究人员将约1万亿个携带编码治疗基因OTC的腺病毒直接注入他的肝脏,随后引起强烈的免疫排斥反应,导致多器官衰竭而死亡。

    这次事件使基因治疗进入了最黑暗的一段时间,造成了人们对基因治疗的恐惧和排斥。有些科学家也对基因治疗开展的过快表示担忧,并呼吁基因治疗需要“重回实验室”。

  • 2003年,深圳赛百诺开发的“今又生”获CFDA批准用于治疗头颈癌,成为世界上第一个获准上市的基因治疗药物,该注射液是编码抑癌基因p53基因的Ad5。但是该项目的获批引起国内外的广泛争议。

  • 腺相关病毒(adeno-associated virus, AAV)

    一类结构最简单的单链DNA缺陷型病毒,需要辅助病毒(通常为腺病毒)参与复制。虽然绝大多数人类都曾感染过该病毒,但它并不会引发任何疾病,不太可能引起极端的免疫反应

    此外,AAV不与宿主细胞基因组整合,这就避免了其与原癌基因相互作用的偶发性。它具有若干个变体(或称“血清型”),这些变体可以分别对特定的细胞或组织表现出亲和性。研究人员能根据特定的人体部位,选择最佳的AAV血清型,从而减少病毒的注射量,以降低发生大规模免疫反应以及其他不良反应的可能性。

    鉴于以上优点,AAV被视为最有前途的基因治疗载体,在临床试验中得到广泛应用。

    不足之处

    ①有研究表明,静脉高剂量注射AAV用于基因治疗会有严重毒性;

    ②载体基因组较小

    历史

    • 1996年,腺相关病毒首次应用于治疗囊性纤维化的临床试验。从那以后,研究人员鉴定出了11类AAV,将它们进行重组和改造,构建了上百种安全性较高、可针对不同组织的基因传递工具。

    • 2012年,EMA批准了欧洲首个基因疗法Glybera,即携带人脂蛋白脂肪酶(LPL)基因的AAV1载体,可通过肌肉注射用于家族性脂蛋白脂肪酶缺乏症(LPLD),这是一种罕见的遗传疾病。

  • 2017年,FDA批准了首个在体基因疗法Luxturna,即利用携带RPE65基因的AAV2,治疗一种人类遗传性视网膜病变造成的视力丧失。

  • 目前,还有企业开发下一代AAV载体,以提高AAV载体的安全性和针对疾病类型的特异性。

  • 除了上述几种常用的病毒载体外,其它病毒载体在临床基因治疗中实际使用较少,不再一一介绍。

    参考出处:

    http://www.genetherapynet.com/viral-vectors.html

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jgm.3015

    https://www.nature.com/articles/gt201671

    基因治疗时代到来:常用基因治疗载体的介绍与选择

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