揭示遗传眼疾基因治疗载体与毒性关系 助寻找更安全载体

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腺相关病毒被注射到新生小鼠的视网膜下,可以感染整个视网膜和视网膜色素上皮细胞。接受基因治疗载体的小鼠需要通过各种视觉功能测试和眼睛的组织分析。

基因治疗为很多遗传或罕见病患者,带来了希望。然而,随着愈来愈多基因治疗获得批准进行临床试验,新的问题或会陆续曝露。其中,常被用作基因治疗载体的微小病毒"腺相关病毒"(adeno-associated virus, AAV)虽然具有很多优点,但曾有一些文献相继报导过它会在动物和人类组织引起炎症反应和毒性。由香港城市大学(香港城大)与美国哈佛医学院的一项联合研究便发现,腺相关病毒的毒性和它调控基因表达所使用的核酸序列有关,为研究更安全的基因治疗载体提供了线索。

美国食品药物管理局(FDA)于2017年年底首次批准一种针对罕见遗传眼疾的基因治疗Luxturna,确认其有效性和安全性,不仅成为基因治疗的一个里程碑,也代表了基因治疗技术的日益成熟,给许多罕见病的病人带来希望。FDA于今年年初更发表了细胞与基因疗法新政策,预计至2020年每年将接收超过200个新药临床试验申请,至2025年,则预计每年会有10至20种细胞及基因治疗药品获批准。*

首个获批的基因治疗是用来针对遗传眼病,其实这并非巧合,因为遗传眼病是基因治疗的极好目标,眼睛接受载体注射的操作相对简单,由于眼睛体积小,所以所需的载体量少,同时眼睛还具有相对的免疫赦免性。香港城大生物医学系助理教授熊文君博士和其研究团队便利用因遗传突变而先天失明的小鼠,致力于研发能够保护视网膜细胞、延缓或者阻止因细胞死亡而导致失明的基因治疗的载体。

Luxturna的成功很大部分归功于它所用的载体“腺相关病毒”。腺相关病毒本身不是致病病毒,免疫原性低,不易整合到宿主基因组,表达能力持久。这些优点使它成为备受青睐的基因治疗载体。但腺相关病毒并非完美,不同的研究均已指出,曾有个案显示它会在人和动物的眼睛引致炎症和毒性,但这个问题一直未有科研人员更深入研究。

熊文君博士的研究团队和哈佛医学院的团队最近的一项共同研究便发现,虽然一部分腺相关病毒载体安全无毒性,但有些腺相关病毒载体在小鼠的眼睛中会引起不同程度的炎症和毒性,影响基因治疗的效果,严重的情况下会导致视网膜细胞死亡并且损害视觉功能,而且载体引起的毒性反应和载体的浓度相关,使用的浓度越高,毒性越大。

研究团队一一排查可能的毒性来源,包括载体表达的转基因、载体的包装蛋白的亚型、生产载体的方法,和生产载体过程中可能带入的污染物等等,最后发现载体是否有毒,与它们用作基因表达的顺式调控序列(cis-regulatory sequences)相关。

带有毒性的调控序列,通常驱使载体的转基因在眼球多种细胞型中均有广泛和高量的表达(broad and strong gene expression ),当中以视网膜色素上皮细胞的表达量最高。相反,几种只驱使感光细胞有基因表达的调控序列,则即使在高浓度下测试,也没有产生毒性。该研究团队认为这种载体的毒性可能是由于视网膜色素上皮细胞或者小胶质细胞的固有免疫系统被启动,导致眼睛的炎症反应而造成的。

有关研究结果,早前于科学期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表。**

熊文君博士说,目前在基因治疗包括基因编辑治疗中,腺相关病毒载体越来越受到欢迎,然而随着它的广泛使用,新的问题可能会浮现。她说︰"我们和哈佛医学院的合作团队的研究发现,病毒载体如果使用某些具有广泛和高活性的调控序列可能会导致眼睛的炎症反应,影响基因治疗的效果,甚至对视网膜的结构和功能产生破坏。腺相关病毒仍是目前为止最安全有效的病毒载体,但是我们建议在基因治疗的临床前和临床实验上,对于调控序列还需谨慎选择,并且应该尽可能地使用高灵敏度的多种方法检验,确定载体的安全浓度。"

熊文君博士和哈佛医学院遗传学系Constance Cepko教授是该论文的共同通讯作者,熊文君博士同时是共同第一作者之一,另外两位共同第一作者是哈佛医学院遗传学系的David M. Wu博士Yunlu Xue博士。其他合作者包括香港城大生物医学系博士生麦淑仪等研究人员。

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熊文君博士(右)期望研究能够為找到更安全的基因治疗载体,提供线索,旁为她负责指导的博士生麦淑仪。

参考文献:

https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm629493.htm

** Wenjun Xiong, David M. Wu, Yunlu Xue, Sean K. Wang, Michelle J. Chung, Xuke Ji, Parimal Rana, Sophia R. Zhao, Shuyi Mai, and Constance L. Cepko, AAV cis-regulatory sequences are correlated with oculartoxicity , PNAS2019 , DOI:10.1073/pnas.1821000116 

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