揭示遺傳眼疾基因治療載體與毒性關系 助尋找更安全載體

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腺相關病毒被注射到新生小鼠的視網膜下,可以感染整個視網膜和視網膜色素上皮細胞。接受基因治療載體的小鼠需要通過各種視覺功能測試和眼睛的組織分析。

基因治療為很多遺傳或罕見病患者,帶來了希望。然而,隨著愈來愈多基因治療獲得批准進行臨床試驗,新的問題或會陸續曝露。其中,常被用作基因治療載體的微小病毒”腺相關病毒”(adeno-associated virus, AAV)雖然具有很多優點,但曾有一些文獻相繼報導過它會在動物和人類組織引起炎症反應和毒性。由香港城市大學(香港城大)與美國哈佛醫學院的一項聯合研究便發現,腺相關病毒的毒性和它調控基因表達所使用的核酸序列有關,為研究更安全的基因治療載體提供了線索。

美國食品藥物管理局(FDA)於2017年年底首次批准一種針對罕見遺傳眼疾的基因治療Luxturna,確認其有效性和安全性,不僅成為基因治療的一個裡程碑,也代表了基因治療技術的日益成熟,給許多罕見病的病人帶來希望。FDA於今年年初更發表了細胞與基因療法新政策,預計至2020年每年將接收超過200個新藥臨床試驗申請,至2025年,則預計每年會有10至20種細胞及基因治療藥品獲批准。*

首個獲批的基因治療是用來針對遺傳眼病,其實這並非巧合,因為遺傳眼病是基因治療的極好目標,眼睛接受載體注射的操作相對簡單,由於眼睛體積小,所以所需的載體量少,同時眼睛還具有相對的免疫赦免性。香港城大生物醫學系助理教授熊文君博士和其研究團隊便利用因遺傳突變而先天失明的小鼠,致力於研發能夠保護視網膜細胞、延緩或者阻止因細胞死亡而導致失明的基因治療的載體。

Luxturna的成功很大部分歸功於它所用的載體「腺相關病毒」。腺相關病毒本身不是致病病毒,免疫原性低,不易整合到宿主基因組,表達能力持久。這些優點使它成為備受青睞的基因治療載體。但腺相關病毒並非完美,不同的研究均已指出,曾有個案顯示它會在人和動物的眼睛引致炎症和毒性,但這個問題一直未有科研人員更深入研究。

熊文君博士的研究團隊和哈佛醫學院的團隊最近的一項共同研究便發現,雖然一部分腺相關病毒載體安全無毒性,但有些腺相關病毒載體在小鼠的眼睛中會引起不同程度的炎症和毒性,影響基因治療的效果,嚴重的情況下會導致視網膜細胞死亡並且損害視覺功能,而且載體引起的毒性反應和載體的濃度相關,使用的濃度越高,毒性越大。

研究團隊一一排查可能的毒性來源,包括載體表達的轉基因、載體的包裝蛋白的亞型、生產載體的方法,和生產載體過程中可能帶入的污染物等等,最後發現載體是否有毒,與它們用作基因表達的順式調控序列(cis-regulatory sequences)相關。

帶有毒性的調控序列,通常驅使載體的轉基因在眼球多種細胞型中均有廣泛和高量的表達(broad and strong gene expression ),當中以視網膜色素上皮細胞的表達量最高。相反,幾種只驅使感光細胞有基因表達的調控序列,則即使在高濃度下測試,也沒有產生毒性。該研究團隊認為這種載體的毒性可能是由於視網膜色素上皮細胞或者小膠質細胞的固有免疫系統被啟動,導致眼睛的炎症反應而造成的。

有關研究結果,早前於科學期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發表。**

熊文君博士說,目前在基因治療包括基因編輯治療中,腺相關病毒載體越來越受到歡迎,然而隨著它的廣泛使用,新的問題可能會浮現。她說︰「我們和哈佛醫學院的合作團隊的研究發現,病毒載體如果使用某些具有廣泛和高活性的調控序列可能會導致眼睛的炎症反應,影響基因治療的效果,甚至對視網膜的結構和功能產生破壞。腺相關病毒仍是目前為止最安全有效的病毒載體,但是我們建議在基因治療的臨床前和臨床實驗上,對於調控序列還需謹慎選擇,並且應該盡可能地使用高靈敏度的多種方法檢驗,確定載體的安全濃度。」

熊文君博士和哈佛醫學院遺傳學系Constance Cepko教授是該論文的共同通訊作者,熊文君博士同時是共同第一作者之一,另外兩位共同第一作者是哈佛醫學院遺傳學系的David M. Wu博士Yunlu Xue博士。其他合作者包括香港城大生物醫學系博士生麥淑儀等研究人員。

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熊文君博士(右)期望研究能夠為找到更安全的基因治療載體,提供線索,旁為她負責指導的博士生麥淑儀。

參考文獻:

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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