基因療法新希望：神經(jīng)元靶向病毒

喬斯林·凱澤+梁炳鑫

弗吉尼亞州森特維爾，一個(gè)3歲的女孩，名叫伊芙琳，一頭紅卷發(fā)，一臉甜蜜的笑容，穿著緊身衣隨著法瑞爾·威廉姆斯的歌曲《快樂(lè)》蹦蹦跳跳。

伊芙琳的姐姐約瑟芬15個(gè)月時(shí)就去世了，她患有Ⅰ型脊髓性肌萎縮（SMA1），這是一種遺傳疾病，會(huì)逐漸使嬰兒癱瘓。懷上伊芙琳也是意外，盡管她也有可能遭受這個(gè)不幸，但她的父母還是決定生下她。

伊芙琳于2014年12月出生后不久，她的父母就從基因測(cè)試中了解到她也患有SMA1。父親米蘭·維拉里爾說(shuō)：“我們當(dāng)時(shí)的想法就是，盡可能地給她愛(ài)，無(wú)論多長(zhǎng)時(shí)間?！钡悄翘焱砩?，他們瘋狂地在網(wǎng)上搜索，看到俄亥俄州有一個(gè)相關(guān)的臨床試驗(yàn)，連忙發(fā)了一封電子郵件。伊芙琳8周大的時(shí)候接受了基因療法，醫(yī)生給她提供了一種她自己沒(méi)有的重要的蛋白質(zhì)。

現(xiàn)在的她和健康的孩子沒(méi)什么兩樣。盡管她的大腿較弱，不能正常跑步或跳躍，但可以快走、跳舞、拼字母、扔泡沫塊，還可以搬一把小椅子，爬到母親埃琳娜的腿上。在失去了第一個(gè)孩子之后，維拉里爾驚奇地看著伊芙琳爬、走路和說(shuō)話。他說(shuō)：“這簡(jiǎn)直是個(gè)奇跡。她的每一個(gè)進(jìn)步都像是一個(gè)里程碑，我們?yōu)樗拿恳粋€(gè)成功開(kāi)一瓶酒慶賀。”

將基因載體注入靜脈

伊芙琳參與的試驗(yàn)結(jié)果給基因治療研究人員留下了深刻的印象，這也是該領(lǐng)域的一個(gè)最成功的嘗試。根據(jù)《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》的一份報(bào)告，所有接受SMA1治療的15名嬰兒，現(xiàn)在已經(jīng)20個(gè)月或更大，但仍然活著，多數(shù)可以坐起來(lái)。一個(gè)男孩也像伊芙琳一樣能走路了。盡管最近獲批用于SMA1的藥物也取得了相似的效果，但是必須4個(gè)月注射一次?；虔煼ǖ哪康氖且淮涡灾委?，并將其簡(jiǎn)單地注入靜脈。主持最近試驗(yàn)的哥倫布全國(guó)兒童醫(yī)院神經(jīng)學(xué)家杰里·門德?tīng)栒f(shuō)：“基

因療法對(duì)致命疾病的療效這么好，我從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)?！?/p>

這一消息增加了基因療法的上升勢(shì)頭。由美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）顧問(wèn)小組批準(zhǔn)的一種基因形式的失明治療正在成為美國(guó)第一個(gè)被批準(zhǔn)用于遺傳性疾病的基因療法。《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》刊登的一個(gè)研究報(bào)告說(shuō)，移植男孩自己的基因修飾干細(xì)胞可以阻止一種破壞性的腦部疾病。歐洲市場(chǎng)上的一種基因療法治愈了患有致命性免疫疾病的孩子，另一些正在開(kāi)發(fā)中的藥物可以幫助血友病患者使用凝血藥物。

SMA1的研究已經(jīng)起步，它證明了一種新載體的力量，即將一種攜帶治療性基因的病毒輸入靜脈中，使其將承載物運(yùn)送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，穿過(guò)所謂的血腦屏障。過(guò)去，用基因療法治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的努力效果不佳，傳遞媒介往往需要在患者顱骨上鉆孔。現(xiàn)在，科學(xué)家在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中獲得了無(wú)可爭(zhēng)議的成功。這些結(jié)果也減輕了人們對(duì)病毒彌漫血液可能導(dǎo)致另一場(chǎng)悲劇的擔(dān)憂。18年前基因治療試驗(yàn)中一名青少年死亡，這使得該領(lǐng)域陷入一片混亂。

新治療法明顯的安全性和成功性使得其他研究人員嘗試?yán)渺o脈或脊柱進(jìn)行基因治療來(lái)對(duì)付罕見(jiàn)的兒童期神經(jīng)和肌肉疾病，甚至常見(jiàn)的成人疾病如帕金森氏癥。美國(guó)賓夕法尼亞州費(fèi)城基因治療公司星火治療公司的首席學(xué)術(shù)主任費(fèi)德里科·明戈其說(shuō)：“它為一個(gè)非常謹(jǐn)慎的領(lǐng)域建立了一個(gè)全新的概念。”

位于教堂山上的北卡羅來(lái)納大學(xué)基因治療研究員史蒂文·格雷補(bǔ)充說(shuō)：“回顧一番之后，人們將會(huì)把這看作一種新型醫(yī)學(xué)的里程碑，這種新型醫(yī)學(xué)將對(duì)許多疾病產(chǎn)生廣泛的影響?！?h4>曾經(jīng)的危險(xiǎn)試驗(yàn)

起初的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是動(dòng)物，那時(shí)，用基因治療神經(jīng)疾病似乎很輕松。在20世紀(jì)90年代，研究人員向新生小鼠的大腦注射攜帶缺失基因的病毒載體，這些新生小鼠具有某些代謝紊亂。華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的馬克·桑茲回憶說(shuō)：“結(jié)果令人震驚，真是太好了?！钡抢鲜蟮拇竽X很小，所以他補(bǔ)充說(shuō)：“難就難在如何將治療手段從一個(gè)僅有半克重的小鼠大腦向重達(dá)1000克的兒童大腦放大，這在規(guī)模上是2000倍?。≡鯓硬拍茏龅竭@一點(diǎn)？”

原來(lái)的研究人員辦不到。1996年，一個(gè)團(tuán)隊(duì)將含有治愈性基因的脂肪顆粒注入兩名患有腦部疾?。X海綿變性） 的兒童的頭骨中。這項(xiàng)研究是有爭(zhēng)議的，而且未能給病人帶來(lái)什么好處。原來(lái)的部分研究人員后來(lái)又對(duì)13名這種疾病患者進(jìn)行治療，在其顱骨上鉆了6個(gè)孔，注射了一種明顯無(wú)害的病毒（腺伴隨病毒）制成的載體；另一項(xiàng)類似的試驗(yàn)的治療對(duì)象是一種嚴(yán)重的兒童遺傳性腦?。喊投厥习Y。

然而，這兩種治療都沒(méi)有太大的作用。研究人員對(duì)中國(guó)臺(tái)灣幾名因大腦缺乏兩種化學(xué)物質(zhì)而嚴(yán)重殘疾的兒童進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)，結(jié)果顯示出明顯的益處，但治療其他疾病的結(jié)果是模棱兩可的。對(duì)猴子的研究表明，腺伴隨病毒載體沒(méi)有擴(kuò)散到遠(yuǎn)離注射部位的區(qū)域，因此可能沒(méi)有足夠的腦細(xì)胞接受新基因。格雷說(shuō)：“他們?cè)诤芏喾矫娑歼M(jìn)行了英勇的努力，但技術(shù)并不理想?！?/p>

一個(gè)完全不同的方法取得了神經(jīng)疾病的唯一成功。研究人員從患者身上采集了血液干細(xì)胞，使用修飾的艾滋病病毒將新基因縫合，并將細(xì)胞注入患者體內(nèi)。然后，一些細(xì)胞遷移到大腦并形成被稱為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)元支持細(xì)胞，產(chǎn)生所需的蛋白質(zhì)。根據(jù)《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》發(fā)表的一項(xiàng)研究，在15名男孩中，這種“離體”基因療法阻止了一種被稱為腎上腺腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良（ALD）的致命疾病，該疾病可破壞神經(jīng)元周圍的髓鞘。意大利基因治療研究人員已經(jīng)報(bào)告了給腦疾病異染性腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良的年輕患者做了類似的治療。

但是體外基因治療最適合因缺乏分泌蛋白引起的腦部疾?。阂浦驳募?xì)胞可以通過(guò)攪動(dòng)分子來(lái)讓其他神經(jīng)細(xì)胞撿起來(lái)取代它。對(duì)于許多疾病，缺失的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)起作用，因此所有需要它的細(xì)胞必須接受載體。

似乎滿足這種需求的病毒載體的故事始于一次死亡。十幾年前，這個(gè)領(lǐng)域的一位先鋒人物、賓夕法尼亞大學(xué)遺傳學(xué)家威爾遜被迫調(diào)整研究方向。當(dāng)時(shí)，威爾遜牽頭進(jìn)行1999年的試驗(yàn)，受試者——18歲的杰西·基爾辛格——因大規(guī)模免疫反應(yīng)死于為治療肝病的強(qiáng)效腺病毒載體。威爾遜在這次試驗(yàn)中有經(jīng)濟(jì)利益可圖，所以在面臨家屬的訴訟和食品和藥物管理局的調(diào)查時(shí)，最終他同意5年之內(nèi)不再進(jìn)行領(lǐng)先的臨床試驗(yàn)。于是，他轉(zhuǎn)而尋找新類型的AAV，它比腺病毒安全，而且已

經(jīng)成為流行的載體。

2004年，高光平等人在威爾遜實(shí)驗(yàn)室報(bào)告，他們已經(jīng)梳理了人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物組織，發(fā)現(xiàn)了100多種具有“嗜性”或優(yōu)先感染特定類型細(xì)胞的新型AAV。威爾遜回憶說(shuō)，一種被稱為AAV9的類型“不同于任何其他AAV，以高劑量注入血液時(shí)，它遍及各處”，如心臟、肌肉和腦組織。最引人注目的是它能夠在神經(jīng)元上生存，這是治療許多腦部和脊椎疾病的關(guān)鍵。

其他研究人員爭(zhēng)先恐后地確認(rèn)AAV9對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的鐘情。2009年，一個(gè)法國(guó)團(tuán)隊(duì)和布萊恩·卡斯珀發(fā)表了不同的論文，刺激了這個(gè)領(lǐng)域：對(duì)新生小鼠進(jìn)行靜脈注射，AAV9穿越了血腦屏障——保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受病原體和毒素侵害的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)——感染了整個(gè)脊髓和大腦中的神經(jīng)元。

再次在人體上進(jìn)行試驗(yàn)

當(dāng)國(guó)家兒童醫(yī)院團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備就緒，要在人體上試驗(yàn)AAV9的時(shí)候，他們選擇瞄準(zhǔn)SMA1，這是嬰兒最常見(jiàn)的致命性遺傳病因。這樣的嬰兒缺乏功能SMN1基因，這個(gè)基因編碼一個(gè)蛋白質(zhì)——生存運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（SMN），終身維持脊髓神經(jīng)元。大多數(shù)人有一個(gè)備份基因SMN2的多個(gè)副本，可以產(chǎn)生少量的SMN，限制疾病的嚴(yán)重程度。但那些SMA1患者只有兩個(gè)備份基因，而關(guān)鍵的蛋白質(zhì)太少了。

生來(lái)就患有SMA1的嬰兒是軟的，不能吸吮或抬頭，因?yàn)榧顾柽\(yùn)動(dòng)神經(jīng)元缺失，肌肉減弱，并且在某些時(shí)候因不再能自行呼吸而死亡。由卡斯珀?duì)款^的一個(gè)團(tuán)隊(duì)著手開(kāi)發(fā)AAV9攜帶SMN基因的治療方法。他們計(jì)劃在靜脈注射后，用這種方法治療患有SMA1的新生小鼠，使其具有正常的運(yùn)動(dòng)功能和壽命。

但是這可能需要大量的病毒載體。因?yàn)楦渭?xì)胞也是AAV最喜歡的靶標(biāo)，所以肝臟將部分AAV9注入血液，把剩下的部分留給其他組織。格雷在北卡羅來(lái)納大學(xué)的嘉德·薩穆?tīng)査够笇?dǎo)下做博士后時(shí)，他估計(jì)只有不到1%的原始劑量穿過(guò)了血腦屏障?；谥委烻MA1小鼠所需的量，國(guó)家兒童醫(yī)院團(tuán)隊(duì)提出了一種治療劑量的載體，比基因治療試驗(yàn)中注射到患者血液中的載體高100倍。

對(duì)猴子的測(cè)試表明這個(gè)劑量是安全的。美國(guó)食品及藥物管理局和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）的重組DNA咨詢委員會(huì)審查了大部分美國(guó)基因治療試驗(yàn)，批準(zhǔn)了這項(xiàng)研究，國(guó)家兒童醫(yī)院和一個(gè)基金會(huì)同意資助這項(xiàng)研究。（由卡斯珀合作創(chuàng)建的名為AveXis的新公司在獲得國(guó)家兒童醫(yī)院的治療許可之后，資助了試驗(yàn)的后期階段。）

不過(guò)，許多基因治療研究人員屏住呼吸，擔(dān)心另一個(gè)基爾辛格式的災(zāi)難。薩穆?tīng)査够f(shuō)：“這事讓有些人緊張，畢竟對(duì)于年齡小的病人來(lái)說(shuō)，這是巨大的病毒載量。”

第一個(gè)寶寶接受AAV9治療的測(cè)試劑量后不久，她的肝酶升高到正常值的31倍，表明可能有細(xì)胞損傷。門德?tīng)栒f(shuō)：“那天晚上我睡得不好?！钡呛髞?lái)孩子的類固醇水平迅速降低了，他說(shuō)食品及藥物管理局勸他繼續(xù)下去。其他3名嬰兒也發(fā)生了肝酶升高，但沒(méi)有肝損傷的臨床征兆，試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。

這個(gè)進(jìn)步不小。這是一個(gè)轉(zhuǎn)型變化。這就是我們一直希望的基因療法。

雖然該試驗(yàn)主要是為測(cè)試治療的安全性而設(shè)計(jì)的，但是引入的基因減緩了嬰兒的萎縮。他們沒(méi)有變得越來(lái)越軟，可以掙扎著呼吸，變得強(qiáng)壯了。埃琳娜·維拉里爾回憶說(shuō)，有一天伊芙琳躺在她的肚子上，抬起了她的頭。“這對(duì)SMA1患者來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直是不可能的事?！钡侥壳盀橹?，15名接受治療的嬰兒中只有8名需要佩戴面罩幫助呼吸。接受兩種AAV9劑量較大的12人中有11人（其中一個(gè)在半歲的時(shí)候才得到治療）至少可以不用大人幫助就能短時(shí)間地坐著、吃東西、說(shuō)話。佛羅里達(dá)州邁阿密的一個(gè)男孩馬泰奧出生后27天就接受了治療，他父親德文·阿爾梅達(dá)說(shuō)，現(xiàn)在他可以跑步，而且發(fā)育很正常。

馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學(xué)SMA研究員夏洛特·薩姆納說(shuō)，這個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果“值得注意”。正在進(jìn)行的研究中，一種名為納西尼爾森（nusinersen）的藥物，由一束能幫助SMN2基因產(chǎn)生更多蛋白質(zhì)的RNA組成，這在SMA1患者中也有同樣令人印象深刻的作用。2016年12月，該藥獲得食品及藥物管理局批準(zhǔn)。薩姆納指出，基因療法因?yàn)椤耙粍谟酪荨?，所以具有很大的吸引力?h4>第二輪研究

治療能管多久，這還是個(gè)未知數(shù)。與用于離體基因治療的HIV和其他病毒不同，AAV不把治療基因整合到細(xì)胞的基因組中，而是把它作為一個(gè)自由浮動(dòng)的DNA循環(huán)存放，這意味著當(dāng)細(xì)胞自我復(fù)制時(shí)，效應(yīng)可能會(huì)喪失?！暗巧窠?jīng)細(xì)胞并沒(méi)有分裂，因此被處理的組織應(yīng)該持續(xù)多年生產(chǎn)SMN蛋白?！眹?guó)家兒童醫(yī)院基因治療中心主任凱文·弗拉尼根這樣說(shuō)。

如果基因治療的益處最終消失，那么SMA1患者將需要再次治療，而且他們現(xiàn)在具有可能妨礙它的AAV9抗體。但是國(guó)家兒童醫(yī)院的研究人員正在研究反制措施，比如過(guò)濾血液中的抗體或者給予某些免疫抑制藥物。

另一個(gè)長(zhǎng)期的擔(dān)憂就是癌癥。桑茲等人的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)IV給新生小鼠注射大劑量AAV9后， 一些AAV可以將它們的DNA整合到基因組中并導(dǎo)致肝癌。桑茲指出，科學(xué)家還不知道這些結(jié)果是否與人類有關(guān)。一些基因治療醫(yī)生確信，在過(guò)去的基因治療試驗(yàn)中，數(shù)百名接觸AAV的患者中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)肝癌。

AveXis已經(jīng)發(fā)起了第二輪治療SMA1研究，并計(jì)劃治療輕一些的病癥。如果試驗(yàn)證實(shí)了治療的希望，那么生產(chǎn)足夠的藥物來(lái)滿足患者的需求將是一個(gè)挑戰(zhàn)。但是AveXis的一位發(fā)言人說(shuō)，伊利諾伊州芝加哥附近的一家新工廠應(yīng)該有能力在美國(guó)和歐洲每年生產(chǎn)治療500個(gè)SMA1新生兒的劑量。該公司還沒(méi)有把價(jià)格標(biāo)簽放在治療上，但這可能是昂貴的——市場(chǎng)上的基因療法每次治療費(fèi)用

高達(dá)70萬(wàn)美元。

現(xiàn)在，高劑量系統(tǒng)遞送的AAV基因治療似乎是安全的，國(guó)家兒童醫(yī)院和其他地方的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展其他神經(jīng)肌肉病變的試驗(yàn)，其目的就是通過(guò)IV向肌肉細(xì)胞而不是神經(jīng)元遞送新的基因。

科學(xué)家也在探索AAV9的下一個(gè)問(wèn)題：它能否超越幫助脊髓神經(jīng)元，并達(dá)到足夠高的水平以深入腦部，從而阻止疾病的發(fā)生？第一個(gè)結(jié)果可能來(lái)自正在進(jìn)行的試驗(yàn)，由阿比歐娜治療公司贊助，國(guó)家兒童醫(yī)院運(yùn)營(yíng)，即使用靜脈輸送AAV9基因療法治療圣菲利波A 型綜合征?；加性摬〉膬和狈Ψ纸饬蛩嵋阴８嗡厮璧拿?，該硫酸乙酰肝素是一種積聚在腦中的分子，并在2歲至6歲時(shí)引起明顯的損害。一年后，3名兒童接受治療，其脊髓液中的硫酸乙酰肝素水平大幅下降，肝臟腫大縮小，非語(yǔ)言認(rèn)知測(cè)試得分穩(wěn)定，弗拉尼根在會(huì)議上都有報(bào)告。

其他試驗(yàn)依賴于AAV9的神經(jīng)元?dú)w巢特性，但通過(guò)注入脊髓液直接給予患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。這需要比IV 交付更少的病毒，所以制造不會(huì)成為一個(gè)障礙，對(duì)于血腦屏障比嬰幼兒發(fā)育更為成熟的老年患者也可能更好，而脊柱傳遞應(yīng)該減少任何免疫反應(yīng)。

在這個(gè)策略的第一個(gè)測(cè)試中，NIH的一項(xiàng)試驗(yàn)給了8名患有巨型軸索神經(jīng)病的病人。一種AAV9病毒載體含有替代基因，用于破壞軸索——神經(jīng)細(xì)胞的沖動(dòng)傳遞卷須——并影響大腦。格雷在薩穆?tīng)査够鶎?shí)驗(yàn)室的動(dòng)物研究奠定了試驗(yàn)的基礎(chǔ)，他說(shuō)現(xiàn)在報(bào)告結(jié)果還為時(shí)尚早。但紐約雷克斯福德的洛里·薩麥斯的慈善機(jī)構(gòu)漢娜希望基金支持格雷的研究。她說(shuō)，她輪椅上13歲的女兒漢娜于

2016年7月接受了治療，目前已經(jīng)有所改善：她的視力下降已經(jīng)穩(wěn)定下來(lái)，可以自己吃東西，并且能夠在幫助下站起來(lái)。她說(shuō)：“看到這些，我們真的很滿意?！?/p>

對(duì)SMA 1和其他進(jìn)行性疾病的患者來(lái)說(shuō)，及早治療至關(guān)重要。紐約羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心兒科神經(jīng)學(xué)家喬納森·閔克說(shuō)：“一旦神經(jīng)元消失了，它們就沒(méi)了?！蹦壳埃呀?jīng)患有這些遺傳疾病的兒童的兄弟姐妹最有可能被較早發(fā)現(xiàn)，并接受預(yù)防性治療。但是患者群體正在敦促將ALD和SMA等疾病加入新生兒篩查試驗(yàn)中，這樣可以擴(kuò)大治療范圍。

有些研究人員仍然懷疑，提供AAV9的新的侵入性較小的方法是否能夠到達(dá)足夠多的腦細(xì)胞。紐約威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)中心的羅納德·克里斯托表示：“我懷疑它會(huì)廣泛地應(yīng)用于其他疾病?！碧貏e是在年長(zhǎng)的孩子身上。他做過(guò)通過(guò)顱骨送入的方式治療巴敦氏癥。

其他基因治療醫(yī)生正寄希望于尋找能夠穿越血腦屏障的新型AAV載體。加州理工學(xué)院帕薩迪納分校的一個(gè)小組已經(jīng)確定了幾個(gè)，其中包括一個(gè)AAV變種，它穿越屏障比小鼠中的AAV9有效40倍。馬薩諸塞州劍橋的航海家醫(yī)療公司表示，這些載體在猴子身上似乎也起作用，盡管這些數(shù)據(jù)仍未公布。

令人興奮的是，基因治療醫(yī)生正在觀察，看看同樣的策略是否能夠拯救更多患有嚴(yán)重遺傳疾病的孩子。如果確實(shí)如此，那么基因治療在藥物庫(kù)中的地位將得到保證。威爾遜說(shuō)：“這個(gè)進(jìn)步可不小。這是一個(gè)轉(zhuǎn)型變化。這就是我們一直希望找到的基因療法?！?