半个世纪，该疗法终于走上临床！
奇物论
2021-06-04
近半个世纪前，1972年，Friedmann和Roblin在Science期刊上就曾提出一个概念，可以通过引入功能性基因拷贝来治疗导致基因产物功能障碍的遗传性遗传疾病。如今，实现核酸递送的技术处于全球的前沿以抗击COVID-19大流行。同时，美国食品和药物管理局 (FDA) 和欧洲药品管理局 (EMA) 最近纷纷批准了各种基于核酸的疗法，这证明了针对许多其他疾病的遗传基础正在迅速成为现实。与通常靶向蛋白质的常规药物相比，遗传药物调节基因表达以诱导治疗效果。将外源核酸引入细胞以抵消缺陷基因是一种有吸引力的方式，可以在遗传性和获得性疾病中实现高度特异性、持久和可能的治疗效果。然而，利用核酸作为治疗手段是具有挑战性的，因为它们容易被核酸酶降解，有助于免疫活化，并且具有不利的物理化学特性，阻止其轻易地传递到细胞中。因此，安全有效的核酸治疗需要先进的递送平台技术。鉴于此，荷兰埃因霍芬理工大学Roy van der Meel等人在Nature Nanotechnology上概述了促进体内核酸疗法临床转化的病毒和非病毒技术，回顾了目前已经获得批准或处于后期临床评估的核酸疗法的四种平台技术：化学修饰的反义寡核苷酸 (ASO)、N-乙酰半乳糖胺 (GalNAc) 配体修饰的siRNA偶联物、脂质纳米颗粒 (LNP) 和腺相关病毒 (AAV) 载体。该四种平台技术有助于开创可以在基因水平上治疗疾病的医学新时代。
对于每种平台技术，研究人员解释了作用模式，提供了其开发背后的基本原理，突出了促进其临床转化的关键技术方面，并讨论了使用临床相关药物产品的治疗效果和不良反应。下面对四种平台进行展开对比叙述。ASO 是短的合成核酸，使用经典的 Watson-Crick 碱基配对与细胞 RNA 杂交以调节基因表达。通过结合pre-mRNA或mRNA，ASO可以通过包括修饰pre-mRNA加工和剪接，竞争性抑制，翻译机制的空间阻断和结合的靶RNA降解的机制在转录后调节蛋白质合成。潜在的脱靶结合毒性是任何基于核酸的治疗策略的重要考虑因素。与其他核酸药物相比，分子大小和精确的序列设计使 ASO 具有特别强大的治疗潜力。这种严格的结合特异性与 ASO 功效直接相关，但如果脱靶结合确实发生，则会加剧毒性。ASO 的中等大小也意味着可以通过多种给药途径实现对靶组织的分布。此外，ASO 核苷、核碱基和核苷间主链的化学修饰对于改善药代动力学和药效学同时保持目标亲和力和功效至关重要。治疗有效的 ASO 被大量修改，因此它们不需要递送载体。制造过程中这种有限的下游加工降低了与生产相关的成本。Spinraza是一种完全硫代磷酸酯和 2'-MOE 修饰的核糖核苷酸 ASO，旨在改变SMN2基因的剪接，以增加全功能性SMN蛋白的生产；在临床研究中，Spinraza治疗显著提高了脊髓性肌萎缩症患者的运动机能。GalNAc 偶联代表了一种增加 siRNA 靶器官积累和促进其细胞摄取的有效方式。在没有保护性递送载体的情况下，必须对 siRNA 进行化学修饰，以确保肠胃外给药后循环中的稳定性。为了沉默肝细胞中的致病基因，这些治疗剂由与靶向脱唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）的三触角GalNAc部分缀合的siRNA组成。该受体主要在肝细胞上表达，因此可以进入肝脏内确定的细胞类型。ASGPR特异性地将碳水化合物与末端半乳糖或GalNAc残基结合。配体结合后，受体−配体复合物被网格蛋白依赖性受体介导的内吞作用内化。此外，其高内化率和再循环率（在几分钟内）允许持续摄取 siRNA 分子，从而增加靶细胞浓度。不同物种表现出相同的碳水化合物识别模式，这是临床前和转化研究设计中的一个重要考虑因素。Alnylam Pharmaceuticals公司的Givlaari（givosiran），是 FDA 批准的基于 GalNAc-siRNA 技术的RNAi 治疗剂，适用于急性肝卟啉症，这是由与血红素生物合成途径相关的基因突变引起的。Givlaari 利用 RNAi 机制来减少和防止氨基乙酰丙酸合成酶表达升高。LNP 通常由四种成分组成：可电离的阳离子脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇 (PEG)-脂质。脂质多态相行为可以暂时破坏渗透屏障并允许核酸进入细胞。Felgner 等人在阳离子脂质方面的里程碑式工作，为一类新的脂质介导的递送系统铺平了道路。LNP 提供了一个受保护的隔室，与血清核酸酶活性和免疫成分隔离，以及由载体决定的药物生物分布特征。可电离阳离子脂质的发现对于基于 LNP 的 RNA 疗法的临床转化至关重要。这些脂质可确保有效的 siRNA 封装 (>85%)，在生理 pH 值下保持中性 LNP 表面电荷，并在内体逃逸中起主要作用。全身给药后，载脂蛋白 E (ApoE) 吸附到 LNP 表面并通过低密度脂蛋白受体促进肝细胞内化，导致肝脏累积剂量超过 80%。Alnylam公司的Onpattro是一种 RNAi 治疗剂，它依赖 LNP 递送技术来治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性 (hATTR)。自从几十年前最初提出基因治疗以来，安全有效的哺乳动物逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒的开发已有助于临床转化。尽管早期研究提供了明确的证据表明病毒载体可以成功传递治疗性转基因，但仅在少数研究中观察到临床益处，并且发生了显着的免疫毒性（在某些情况下会导致患者死亡）。此外，还观察到使用能够进行基因组整合的病毒载体引起的严重遗传毒性。尽管这些结果对这些病毒策略是否可行提出了相当大的怀疑，但它们也发起了重大努力，以提高我们对载体生物学及其与靶细胞和组织相互作用的理解。这最终导致了重组病毒载体的开发和临床转化，它们更有效且风险更低。病毒载体是有效的 DNA 传递载体，因为它们已经进化为对特定细胞类型显示出趋向性，并且与上述方法相比，它是唯一能够将其有效载荷主动传递到细胞核的系统。几种基于重组病毒载体介导的转基因递送的药物产品已获得 FDA 和 EMA 的批准。这些治疗包括离体或体内方法，在肠胃外给药后，转基因直接递送至细胞，主要由 AAV 载体介导。LUXTURNA(voretigene neparvovec-rzyl) 是一种 AAV 血清型 2 (AAV2) 载体，包含编码人 RPE65 基因的 cDNA，用于治疗遗传性视网膜营养不良 LCA 2 型。自半个世纪前首次提出使用基因疗法治疗疾病以来，重大的生物学和技术突破催生了多项安全、有效的平台技术。本综述中描述的四种平台技术有助于将核酸疗法从有趣的理论转变为临床现实。尽管目前大多数批准的核酸疗法旨在治疗孤儿疾病，但它们的递送技术现在正被用于更广泛适用的基因药物，并在大流行时期实现了快速疫苗开发。此外，这些平台正在促进新方法的临床转化，例如基因编辑疗法。尽管它们的广泛实施仍面临着若干挑战，包括制造、毒性和社会经济问题，但很明显，核酸疗法有望对许多以前只有有限或没有治疗选择的疾病产生革命性的影响。Kulkarni, J.A., Witzigmann, D., Thomson, S.B. et al. The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00898-0
