近日，藥明康德毒理部眼科學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人周詠東博士，在期刊OPHTHALMIC DRUG DELIVERY上發(fā)表了一篇題為《Why gene therapy is perfect for treating ocular diseases》的綜述，與大家討論了基因治療在眼科的應(yīng)用、優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。今天這篇文章，小編將為大家?guī)?lái)其中的精彩內(nèi)容回顧。
人類(lèi)基因組計(jì)劃為人類(lèi)描繪了一幅基因藍(lán)圖。研究人員首次可以根據(jù)患者基因組成中特定基因的存在與否來(lái)識(shí)別疾病。隨著相關(guān)知識(shí)的增長(zhǎng)，研究人員對(duì)遺傳性疾病的機(jī)制的理解和治療疾病所需技術(shù)的發(fā)明也隨之增長(zhǎng)，其中有些技術(shù)曾經(jīng)被認(rèn)為是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
基因治療作為一種治療選擇自2008年以來(lái)得到了蓬勃發(fā)展，到2021年上半年，全球活躍的細(xì)胞和基因治療的開(kāi)發(fā)者數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了1195家。同期，由私營(yíng)公司、政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)贊助的臨床試驗(yàn)數(shù)量暴增了2600項(xiàng)。在這些試驗(yàn)中，243項(xiàng)已經(jīng)進(jìn)入到了臨床3期。[1]
眼部疾病就是這樣一個(gè)隨著基因治療的發(fā)展而受益匪淺的群體。兩種眼部特征使得基因治療在眼科應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)，在某些情況下，也是眼科某些遺傳性疾病、腫瘤和病毒感染的唯一治療選擇。也就是說(shuō)，藥物研發(fā)者和實(shí)驗(yàn)室合作伙伴必須了解這種新型療法和已經(jīng)遇到的挑戰(zhàn)。
是什么導(dǎo)致眼睛成為基因治療很好的選擇？
人眼的兩個(gè)特征使其成為成功的基因治療的一個(gè)很好的選擇。無(wú)論某種疾病是否需要基因替代、調(diào)控、抑制或生長(zhǎng)，研究人員都會(huì)對(duì)載體進(jìn)行改造，將合適的遺傳物質(zhì)輸送到眼部微環(huán)境中的正確位置。載體可以是DNA、細(xì)菌或病毒，經(jīng)改造后整合到染色體（比如逆轉(zhuǎn)錄病毒）或細(xì)胞核（比如質(zhì)粒DNA）中。眼部疾病患者可以通過(guò)藥物手段（即滴眼液或口服藥物）或注射到特定的位點(diǎn)來(lái)接受載體。無(wú)論研究人員使用哪種方法，最終的目標(biāo)都是傳遞一個(gè)新的基因，幫助生成一個(gè)有功能的蛋白質(zhì)來(lái)改善視力。
除了中樞神經(jīng)系統(tǒng)、胎盤(pán)和胎兒以及睪丸，人眼也享有免疫赦免。這樣當(dāng)組織移植物或外來(lái)抗原置于具有免疫赦免的部位時(shí)，可以在免于免疫系統(tǒng)攻擊或損毀宿主器官的情況下存活并茁壯成長(zhǎng)。這種免疫赦免的發(fā)生是因?yàn)檫@些部位不與體循環(huán)直接接觸，因此受到保護(hù)，不對(duì)外來(lái)抗原如疾病或病毒載體產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。研究人員認(rèn)為免疫赦免是一種進(jìn)化保護(hù)措施，從而保護(hù)特定部位免受炎癥和潛在器官衰竭的影響。以眼睛為例，炎癥可引起視力損害，載體的排斥可導(dǎo)致視力完全喪失。
研究人員首先將眼部免疫赦免視為一種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以用眼睛獨(dú)特的解剖特征來(lái)解釋。專(zhuān)家們并不完全了解免疫赦免的復(fù)雜性，但他們知道眼部微環(huán)境通過(guò)抗炎蛋白和神經(jīng)肽來(lái)控制眼內(nèi)抗原。[2]
眼前房、視網(wǎng)膜下腔和玻璃體腔均享有免疫赦免，因而是眼部基因治療的良好選擇部位。同樣重要的是要注意，免疫赦免有助于避免眼睛對(duì)外來(lái)抗原的嚴(yán)重炎癥反應(yīng)，但試驗(yàn)研究中它并不是完全沒(méi)有反應(yīng)。研究人員和藥物研發(fā)人員在進(jìn)行基因治療時(shí)，應(yīng)該為一定水平的免疫反應(yīng)做好準(zhǔn)備，但持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度應(yīng)該小于其他部位。
人類(lèi)基因組計(jì)劃對(duì)人類(lèi)DNA中約3萬(wàn)個(gè)基因進(jìn)行了測(cè)序和定位。其中55個(gè)基因已在人眼中分離，118 個(gè)視網(wǎng)膜疾病位點(diǎn)已被定位。[3]
在這些被分離基因中的許多突變都是導(dǎo)致視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)和光感受器 的結(jié)構(gòu)和功能受損。RPE細(xì)胞和光感受器損傷導(dǎo)致許多退行性疾病，包括年齡相關(guān)性黃斑變性（老年患者視力模糊或喪失）、視網(wǎng)膜色素變性（夜間視力、周邊視力和最終中心視力的喪失）和Stargardt病（一種導(dǎo)致兒童和年輕人視力喪失的遺傳性疾?。?。眼組織的可及性、具有較多基因缺陷性疾病，再加上各種新的給藥途徑發(fā)展，都為研究人員治療眼部疾病提供了很多治療策略。
眼基因治療方法
常見(jiàn)的眼部基因治療包括基因替代、抑制或增強(qiáng)。疾病的機(jī)制（即分子或細(xì)胞過(guò)程的缺陷）決定了治療該疾病的成功方法。
如果單一突變引起疾病，基因替代往往是最好的治療方法之一。這不僅僅是因?yàn)榛蛱娲亲畛Ｒ?jiàn)的基因治療形式，也有下面的例子為證?？茖W(xué)家Jean Bennett和Katherine A High應(yīng)用了基因替代療法來(lái)治療RPE65基因存在一個(gè)突變的患者，來(lái)逆轉(zhuǎn)Leber先天性黑曚這種導(dǎo)致失明的遺傳性疾病。該療法將未受損的 RPE65基因拷貝遞送到視網(wǎng)膜細(xì)胞，然后產(chǎn)生恢復(fù)視力所需的特定蛋白。Bennett和High的這項(xiàng)研究成為了美國(guó)FDA首次批準(zhǔn)的基因治療。[4]
但是如果一個(gè)致病突變具有顯性表達(dá)或?qū)е逻^(guò)度表達(dá)，研究人員是可以利用小干擾RNA來(lái)抑制它。最后，對(duì)于具有多種突變的基因和其他致病風(fēng)險(xiǎn)因素的疾病（如像青光眼或年齡相關(guān)性黃斑變性這樣的神經(jīng)退行性疾?。?，可以通過(guò)腺相關(guān)病毒(AAV)載體引入各種保護(hù)因子，來(lái)增強(qiáng)抵御疾病的相關(guān)蛋白的表達(dá)。AAV 載體是具有吸引力的可選載體，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)導(dǎo)致已知的疾病，產(chǎn)生的免疫反應(yīng)也很輕微。
無(wú)論用基因療法治療的是遺傳性或獲得性眼部疾病，不論具體的復(fù)雜性，它們的基本程序和原則是相似的。在超過(guò)350種遺傳性眼病中，那些只是單一突變基因的——如無(wú)脈絡(luò)膜癥（男性進(jìn)行性視力喪失）和以下疾病的各種亞型：色盲（色覺(jué)障礙）、視網(wǎng)膜色素變性和Leber先天性黑曚——基因治療有明顯優(yōu)勢(shì)。用一個(gè)功能完善的基因來(lái)替代缺陷基因，往往為研究人員和患者提供了一種他們?cè)?jīng)認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)的治愈方法。
相反，獲得性眼部疾病具有完全不同的機(jī)制，需要更復(fù)雜的治療。引發(fā)這些疾病的分子和細(xì)胞過(guò)程會(huì)包括不同的遺傳和環(huán)境因素。研究人員可以在多個(gè)位點(diǎn)通過(guò)一系列病毒和非病毒載體來(lái)修飾或調(diào)控基因，增強(qiáng)或抑制相應(yīng)的基因功能。對(duì)于眼部獲得性疾病，其治療策略類(lèi)似于含有多個(gè)突變位點(diǎn)和其他致病因素的遺傳性疾病，如年齡相關(guān)性黃斑變性。這樣的治療策略不一定是針對(duì)某個(gè)特定的致病基因，而是通過(guò)導(dǎo)入產(chǎn)生某個(gè)保護(hù)因子的基因或者拮抗某個(gè)致病因子的基因來(lái)間接起到治療作用。因此，基因治療也可以成為傳統(tǒng)藥物治療途徑的一種補(bǔ)充，尤其是那些需要長(zhǎng)期服用藥物或者營(yíng)養(yǎng)保護(hù)因子的病人。
眼基因治療的挑戰(zhàn)和誤解
基因治療是一種具有產(chǎn)生突破性治療成果潛力的切實(shí)可行的治療方案；然而，它還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)唾手可得的確切工程。特別是當(dāng)處理一個(gè)像眼部微環(huán)境這樣精細(xì)敏感的部位時(shí)，研究人員在決定對(duì)其眼病患者進(jìn)行基因治療的可行性時(shí)，必須考慮三個(gè)因素。
這個(gè)問(wèn)題的答案需要兩個(gè)考慮因素。首先，研究人員如果在患病早期的病人身上試驗(yàn)，成功的可能性更大。這意味著有可能要對(duì)幼兒進(jìn)行侵入性和潛在風(fēng)險(xiǎn)的遺傳性眼部疾病手術(shù)治療。其次，出于臨床試驗(yàn)考慮，對(duì)癥狀最嚴(yán)重的患者群體進(jìn)行治療又是有利的。因?yàn)橐暳?20/200 或以下的患者即使有少許的視力改善，也會(huì)鼓舞人心；而試驗(yàn)效果沒(méi)有明顯改善或有些副作用，也不至于對(duì)此類(lèi)患者帶來(lái)非常大的視力改變和生活影響。
選擇合適的載體和給藥途徑對(duì)于最大限度地提高眼部基因治療的安全性和有效性至關(guān)重要。大量的研究人員已經(jīng)放棄了腺病毒和慢病毒，因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的免疫原性和導(dǎo)致腫瘤的傾向，盡管它們是有效的和具有攜帶較大基因的能力。極低的免疫原性和致病性使 AAV成為了較為常用的病毒載體，但它只能攜帶較小的基因。[5]
研究人員可以通過(guò)建立非病毒載體，使其安全地?cái)y帶更大的基因，但相較于病毒載體來(lái)說(shuō)，它的有效性和持久性要差。
給藥途徑是另一個(gè)需要克服的挑戰(zhàn)。滴眼液、玻璃體腔內(nèi)注射（即將藥物注射于玻璃體內(nèi)抵達(dá)視網(wǎng)膜）和其他用藥方案可成功治療某些疾病。但是對(duì)于遺傳性視網(wǎng)膜疾病，視網(wǎng)膜下腔注射是向靶細(xì)胞遞送AAV并最終獲得成功的最有效方法。這是一種需要手術(shù)干預(yù)的復(fù)雜手術(shù)，會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)——手術(shù)侵入性越大，免疫反應(yīng)越大，并可能出現(xiàn)包括視網(wǎng)膜脫離和玻璃體出血在內(nèi)的并發(fā)癥。可以采取一些策略來(lái)減少視網(wǎng)膜下腔注射存在的風(fēng)險(xiǎn)，但其有效性取決于許多因素，包括適當(dāng)?shù)幕颊哌x擇和臨床醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
值得重申的是，病毒載體將有毒病毒引入眼部微環(huán)境。眼部的免疫赦免減輕了免疫反應(yīng)，但不是所有的毒性。研究人員必須繼續(xù)精煉他們的配方和劑量，以確?？山邮艿亩拘运?。否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥、高毒性，和在某些情況下增加視力喪失。患者的病情、年齡和視力喪失的嚴(yán)重程度和手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)都有助于決定采用病毒或非病毒載體策略。
底線
一批新藥研發(fā)者和數(shù)十億的投入證明了行業(yè)對(duì)基因治療用于眼部疾病、腫瘤、和病毒感染的巨大信心。而一些新的用藥途徑也極有可能發(fā)明更多令人興奮的治療方法。例如脈絡(luò)膜上腔 (SCS) 注射是一種新的靶向給藥途徑，有望遞送比目前可用濃度高10倍的藥物濃度到達(dá)眼底，同時(shí)避免一些特定的并發(fā)癥。[6]
其作為治療方法的可行性當(dāng)然將取決于疾病靶點(diǎn)和患者。同樣，對(duì)于開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大、更有效的非病毒載體的進(jìn)一步研究將增加新的療法，并減少對(duì)于毒性和其他副作用的擔(dān)憂。
雖然基因治療可能提供一些改變了游戲規(guī)則的嶄新的解決方案，但并非沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。為每位患者選擇正確的治療路徑和給藥方法將對(duì)于控制免疫反應(yīng)、降低毒性和最終改善視力至關(guān)重要。藥物開(kāi)發(fā)商和他們合作的實(shí)驗(yàn)室合作伙伴不能忽視或低估這每一步帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
周詠東博士是蘇州藥明康德眼科學(xué)部的負(fù)責(zé)人、高級(jí)主任。他是一名擁有21年臨床診療和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的眼科專(zhuān)家。周詠東博士曾有十年時(shí)間供職于位于美國(guó)新奧爾良的路易斯安娜州州立大學(xué)神經(jīng)暨眼科中心，擔(dān)任助理教授，并在位于洛杉磯的著名的杜黑尼眼科中心眼科影像處理分析中心擔(dān)任閱片科負(fù)責(zé)人和研究員。在眼科的臨床前探索性研究、動(dòng)物模型開(kāi)發(fā)應(yīng)用和對(duì)于新藥、新技術(shù)及新設(shè)備的臨床研究方面都有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
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