AAV基因治療在心血管疾病中的應(yīng)用

10月6日，Voyager Therapeutics宣布與輝瑞達(dá)成協(xié)議，輝瑞將利用Voyager的AAV衣殼平臺開發(fā)針對神經(jīng)系統(tǒng)和心血管疾病的基因療法，Voyager將因此獲得3000萬美元預(yù)付款和高達(dá)5.8億美元的開發(fā)、監(jiān)管和商業(yè)里程金。隨著基因治療研究熱度迅速提升，AAV載體技術(shù)在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用也愈發(fā)成熟，涌現(xiàn)出了一批諸如Voyager Therapeutics的新企業(yè)，而各大跨國制藥巨頭也紛紛開始布局這一領(lǐng)域。

截止到今年，全球獲批上市及進(jìn)入臨床試驗(yàn)的rAAV基因治療產(chǎn)品已有上百種，在Clinical Trials官網(wǎng)上進(jìn)行搜索，全球共有270個(gè)AAV相關(guān)的臨床試驗(yàn)。2021年6月28日，中國首個(gè)臨床階段的眼科rAAV體內(nèi)基因治療藥物NR082（用于ND4線粒體基因突變引起的Leber遺傳性視神經(jīng)病變）的第一階段臨床試驗(yàn)在中國完成首例患者入組及給藥，表明AAV體內(nèi)基因治療產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)入了快車道。

為什么AAV載體技術(shù)擁有這樣的潛力呢？那還要從AAV病毒本身說起。

AAV的基因組及特性
AAV（adeno-associated virus），即腺相關(guān)病毒，其基因組為4.7kb左右的單鏈DNA片段，包含于直徑20nm的正二十面體非包膜病毒衣殼中。AAV的基因組分為三個(gè)功能模塊：兩個(gè)開放閱讀框（Cap基因、Rep基因）、末端反向重復(fù)序列（ITR）、Rep基因編碼病毒復(fù)制所需的四種蛋白質(zhì)。它們以其分子量命名：Rep78、Rep68、Rep52和Rep40。

Cap基因通過不同起始密碼子的可變剪接和翻譯，編碼三個(gè)衣殼蛋白，分別是VP1、VP2和VP3。衣殼蛋白序列的不同使得AAV產(chǎn)生了不同的血清型，不同血清型的AAV可以與不同細(xì)胞的表面受體結(jié)合，從而產(chǎn)生不同的組織靶向性，從而為AAV作為載體靶向不同組織提供了可能。
 

圖1. AAV病毒結(jié)構(gòu)示意圖^[8]。

通過對AAV進(jìn)行工程化改造，科學(xué)家已經(jīng)制造出了適合用于細(xì)胞轉(zhuǎn)染的重組AAV載體（rAAV，即recombinant AAV）。rAAV由與野生型AAV中相同的衣殼序列和結(jié)構(gòu)組成，但是不同之處在于，rAAV包裝的基因組刪除了全部AAV蛋白編碼序列，并且添加治療性基因表達(dá)盒。唯一的病毒來源序列是ITR，它們是在載體生產(chǎn)過程中指導(dǎo)基因組復(fù)制和包裝所必需的。病毒編碼序列的完全去除使rAAV的包裝能力最大化，并且有助于它們在體內(nèi)遞送時(shí)的低免疫原性和細(xì)胞毒性。
 

圖2. 野生AAV和rAAV的基因組結(jié)構(gòu)^[10]。
 

相比于其他工具病毒，AAV具有多方面的優(yōu)勢，使其成為了目前最廣泛應(yīng)用的體內(nèi)基因治療病毒載體：
1. 安全性好：迄今從未發(fā)現(xiàn)野生型AAV對人體致病（80%的人感染過AAV）,而重組AAV去除了野生型AAV基因組的96%，進(jìn)一步保證了安全性；
2. 表達(dá)穩(wěn)定： 在基本不分裂的細(xì)胞，AAV可長期穩(wěn)定地表達(dá)外源基因；
3. 靶向性強(qiáng)：有較強(qiáng)的靶向性，可對特定的器官組織進(jìn)行特異性轉(zhuǎn)染；
4. 宿主范圍廣：不僅可轉(zhuǎn)導(dǎo)分裂細(xì)胞，而且可轉(zhuǎn)導(dǎo)靜止期細(xì)胞；
5. 物理性質(zhì)穩(wěn)定：rAAV即使在六十?dāng)z氏度下也不能被滅活，而且能抗氯仿。

AAV在心血管疾病中的應(yīng)用
目前rAAV體內(nèi)基因治療的臨床應(yīng)用主要集中在罕見病、眼科疾病、代謝疾病、心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等領(lǐng)域，今天主要介紹其在心血管疾病中的應(yīng)用。

全球正在開展的rAAV在心血管疾病中的臨床試驗(yàn)主要集中在以下幾個(gè)適應(yīng)癥，相關(guān)公司的產(chǎn)品布局如下表。
 

表1. 心血管疾病AAV基因治療臨床進(jìn)展。

1//心力衰竭
全球現(xiàn)在共有六個(gè)針對心力衰竭的rAAV基因治療正在開展臨床試驗(yàn)，針對慢性心力衰竭、收縮性心力衰竭、充血性心力衰竭三種心力衰竭。

這六個(gè)臨床試驗(yàn)都是通過rAAV向心臟組織遞送SERCA2a基因。鈣循環(huán)異常是所有類型的心力衰竭的一個(gè)共同特征，SERCA2a在維持心臟的鈣循環(huán)方面發(fā)揮著核心的作用，在心力衰竭患者中SERCA2a的表達(dá)下降，通過恢復(fù)SERCA2a的表達(dá)量，可以改善心臟功能。

2//  心肌病
缺血性心肌�。╥schemic cardiomyopathy，ICM）是指由于長期心肌缺血導(dǎo)致心肌局限性或彌漫性纖維化，從而使心臟收縮和（或）舒張功能受損，引起心臟擴(kuò)大或僵硬、充血性心力衰竭、心律失常等一系列臨床表現(xiàn)的臨床綜合征。

全球現(xiàn)在共有三項(xiàng)臨床試驗(yàn)正在針對rAAV治療心肌病開展研究，也主要是通過遞送SERCA2a來實(shí)現(xiàn)。

3//  純合子家族性高膽固醇血癥
家族性高膽固醇血癥（familial hypercholesterolemia，F(xiàn)H）是由低密度脂蛋白膽固醇LDL-C分解代謝的關(guān)鍵基因之一發(fā)生突變所引起的一種遺傳性疾病。

目前全球共有兩項(xiàng)臨床研究是針對家族性高膽固醇血癥的，通過遞送正確的低密度脂蛋白受體基因（LDLR，Low Density Lipoprotein Receptor）來發(fā)揮作用，LDLR在膽固醇的正常代謝和運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用。

4//  達(dá)農(nóng)病
達(dá)農(nóng)病（Danon Disease），是一種X連鎖顯性遺傳病�；颊哂捎谌苊阁w相關(guān)膜蛋白2（LAMP2）基因突變，導(dǎo)致骨骼肌和心肌減弱，以致多器官障礙，最終因嚴(yán)重心力衰竭死亡。

去年3月，加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院的研究人員在《Science Translational Medicine》上發(fā)表文章，他們首先構(gòu)建了敲除LAMP2基因的小鼠模型，然后通過rAAV9將LAMP2B基因遞送到小鼠全身，全身注射AAV9.LAMP2B可以恢復(fù)小鼠多個(gè)器官的蛋白表達(dá)，改善代謝異常和心臟功能，并提高存活率。這一結(jié)果表明，基因治療遞送LAMP2B可能是治療達(dá)農(nóng)病患者的治療選擇，相關(guān)的臨床試驗(yàn)已經(jīng)在開展。

AAV在疾病應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

雖然AAV在代謝類及心血管疾病的治療中有著廣泛的潛力，但也具有一定的局限性需引起我們的關(guān)注：
1. 容納基因片段過�。�只能裝在5.0kb以下的基因，而很多基因遠(yuǎn)大于5.0kb；
2. 表達(dá)不夠持久：由于rAAV不會(huì)整合至宿主基因組，因此轉(zhuǎn)染后會(huì)在有絲分裂中逐漸喪失；
3. 免疫障礙：一是很多人體內(nèi)已經(jīng)有AAV中和抗體。二是rAAV蛋白衣殼、基因組的蛋白質(zhì)產(chǎn)物可以在多個(gè)階段與宿主免疫系統(tǒng)相互作用，對有效基因遞送和持久基因表達(dá)構(gòu)成障礙。

小結(jié)
rAAV病毒作為目前體內(nèi)基因治療的首選載體，具有著多方面的優(yōu)勢，目前已經(jīng)有三款產(chǎn)品在歐美獲批上市，分別應(yīng)用于神經(jīng)疾病、眼科疾病等領(lǐng)域，而心血管領(lǐng)域目前歐美尚未批準(zhǔn)任何rAAV產(chǎn)品上市，但有大量臨床試驗(yàn)在做臨床研究上的探索，相信在不遠(yuǎn)的將來陸續(xù)會(huì)有產(chǎn)品獲批上市，為代謝相關(guān)難治性疾病的治療提供希望。