基因治療載體新輔助：植物源重組人血清白蛋白的特點與應用
基因治療，是一種利用基因載體將外源的正常基因或有治療作用的基因導入靶細胞，以糾正或補償缺陷/異�；蛞鸬募膊。瑥亩_到治療目的的技術�；蛑委煹某晒嵤╇x不開基因載體發(fā)揮的巨大作用，基因載體如同一個運載工具，可以將目的基因運送到目的細胞中。
一、基因載體分類與安全
出色的基因載體應具有基因遞送效率高、基因釋放及表達效果好、細胞相容性好、體內應用免疫原性低等優(yōu)點。目前，基因載體包括兩類:病毒載體和非病毒載體。
病毒載體：目前病毒載體仍然是臨床試驗的主流載體，超過2/3的臨床試驗選用了病毒作為載體。當前在基因治療領域使用最廣泛的病毒載體包括逆轉錄病毒 (retro virus, RV) 和慢病毒(lentivirus, LV) 、腺病毒 (adeno virus, Adv) 以及腺相關病毒 (adenoassociated virus, AAV) 等載體。2017年，The Journal of Gene Medicine 曾統(tǒng)計，腺病毒、逆轉錄病毒是當時臨床試驗中使用最多的病毒載體，分別占到了20.5%和17.9%。慢病毒和AAV 僅占7.3%和7.6%。而近年來，研發(fā)人員逐漸意識到腺病毒的高免疫原性引起的過度免疫反應和逆轉錄病毒整合突變效應潛在的致癌風險，臨床試驗中更多采用了安全性更好的慢病毒和AAV。AAV更是憑借其安全性好，免疫原性低，體內擴散能力強，能介導基因的長期穩(wěn)定表達等優(yōu)點，一躍成為非常受歡迎的病毒載體，被廣泛應用于體內基因治療。根據國海證券2020年底的統(tǒng)計，在臨床試驗使用的病毒載體中，AAV占比超過40%;慢病毒的占比緊隨其后，達到30.7%。
除了上述幾種常用的病毒載體外，在臨床基因治療中還有牛痘病毒載體、痘病毒載體、單純性皰疹病毒載體等。
但即便是被廣泛認為具有更好的安全性和低免疫原性的AAV載體，也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)具有安全風險。2018年1月29日，Human Gene Therapy雜志發(fā)表了美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院James.M.Wilson教授團隊的研究文章，該研究認為靜脈高劑量注射AAV病毒用于基因治療會有嚴重毒性[1]。
據Audentes Therapeutics報道，2021年9月，安斯泰來的AT132在2/3期試驗中累計導致了4名患者因肝臟副作用而死亡。安斯泰來的AT132使用的基因載體正是病毒載體——AAV8。
2021年7月，美國基因療法公司Adverum Biotechnologies Inc. (NASD-AQ:ADVM，Adverum)暫停了其AAV基因治療藥物ADVM-022用于治療糖尿病性視網膜病變黃斑水腫(DME)的II期臨床試驗，原因是一例受試者在接受單次高劑量治療30周后，出現(xiàn)了眼壓過低、炎癥以及失明等嚴重不良反應，引發(fā)了業(yè)界對該藥物安全性的擔憂。
病毒載體存在潛在安全性問題，且病毒載體容量有限，這些行業(yè)以及研究痛點促使了非病毒載體系統(tǒng)的發(fā)展。
非病毒載體：利用非病毒的載體材料的物化性質來介導基因的轉移，非病毒載體具備無傳染性，沒有載體容量限制，材料來源廣泛，化學結構可控制，且易于大量制備，在表達質粒、反義寡核苷酸或反義表達質粒真核細胞的靶向轉移中，有著病毒載體不可替代的作用。常見的非病毒載體有陽離子多聚物載體、脂質體載體、樹狀聚合物載體和納米顆粒載體。
與病毒載體相比，非病毒載體具有低成本、易規(guī)�；�、外源基因長度不受限制、生物安全性更高等優(yōu)點。在未來的臨床應用中非病毒載體能提供更安全的替代方案。非病毒載體雖然有著諸多優(yōu)點，但也存在著明顯的缺點：①轉染效率不理想;②外源基因轉導到宿主細胞后表達時間短，③非特異性靶向較高等，因此非病毒載體進入臨床治療仍然需要進行技術的優(yōu)化和革新以確保非病毒系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性。
二、人血清白蛋白與重組人血清白蛋白在基因治療載體中的應用
01.作為病毒載體保護劑
逆轉錄病毒RV和慢病毒LV中脂質包膜的存在降低了它們作為載體的穩(wěn)定性，同時提高了它們的剪切敏感性，病毒載體的不穩(wěn)定性會導致此類顆粒面臨巨大的產量損失(可高達 70%)，同時不能使用除菌過濾的方法也是一個巨大的挑戰(zhàn)。
白蛋白常用于病毒載體的穩(wěn)定劑。使用白蛋白對穩(wěn)定性差的蛋白、抗體、細胞以及病毒載體進行保護可以避免其在體外失活，被廣泛應用于病毒疫苗，細胞治療等生物制品的研發(fā)與生產中間過程，以及藥物制劑穩(wěn)定劑的藥用輔料。
另外白蛋白對于病毒載體的功能優(yōu)化也具有獨特的作用。Luis Alfonso Rojas等[2]利用白蛋白與重組腺病毒載體結合，使得該載體在全身給藥時免受中和抗體(NAbs)的攻擊，使得病毒載體更加高效低敏(圖1)同時也降低了腺病毒的細胞毒性
圖1：白蛋白-腺病毒整合載體構建[2]
這種白蛋白-病毒的結合載體可改善病毒安全性或許會成為基因治療領域更有潛力的載體模型。
02. 作為裝配非病毒載體的原料
非病毒載體結合DNA分子主要依靠靜電相互作用和化學鍵。形成的載體基 因復合物能夠保護DNA分子免受核酸酶降解，并且具有的正電性使復合物體系 保持穩(wěn)定從而利于細胞內吞作用進行;在進入靶細胞后，復合物以內含體形式存在;隨后，該內含體被溶酶體吞噬，為避免外源基因被溶酶體酶降解，要求能夠及時有效地從溶酶體內逸出;復合物從內含體釋放進入細胞質后釋放出DNA;隨后，DNA進入細胞核并與染色質基因組重組，使外源基因穩(wěn)定表達(圖2)。
圖2：非病毒載體外源基因導入-表達過程[3]
亢曉峰組[4]對人血清白蛋白制備裝載DNA的納米載體進行了構建和測試，結果表明白蛋白納米管展現(xiàn)了優(yōu)良的DNA吸附能力，同時在提升離子濃度的條件下白蛋白納米管可對DNA進行有條件的釋放，其研究結果為白蛋白納米管作為基因治療的非病毒載體的應用提供了理論基礎。
03.重組血清白蛋白在基因載體中的優(yōu)勢
人血清白蛋白(human serum albu-minHSA)作為人體血液的組成部分之一，本就與人體擁有極好的相容性，同時含有多個藥物結合位點，炎癥或者腫瘤靶向性，且具有長達19天的半衰期，是非常理想的藥物載體。白蛋白載體藥物中以2005年上市的紫杉醇白蛋白結合型(Abraxane)最為知名。然而由于天然人血清白蛋白供應不穩(wěn)定，且含有血液病毒安全隱患，因此白蛋白在基因治療的應用潛力一直未被徹底開發(fā)，針對上述人血清白蛋白的不足之處，武漢禾元生物科技股份有限公司依托專利技術平臺——水稻胚乳細胞生物反應器高效重組蛋白表達平臺(OryzHiExp)和重組蛋白純化技術平臺(Oryzpur)研發(fā)出了植物源重組人血清白蛋白OsrHSA，完全可以替代人血清白蛋白為基因載體提供更安全，供應更有保障的選擇。
總結
在基因治療研究火熱的今天，植物源重組人血清白蛋白 OsrHSA 產量穩(wěn)定成分明確，同時由于植物源重組人血清白蛋白 OsrHSA 具有優(yōu)秀的相容性，其可以提升病毒載體的穩(wěn)定性，降低其免疫原性。因此，植物源重組人血清白蛋白 OsrHSA 可成為基因治療研究的新選擇。
參考文獻
[1]Christian Hinderer , Nathan Katz, et al. Severe toxicity in nonhuman primates and piglets following high‐dose intravenous administration of an AAV vector expressing human SMN[J]. Hum Gene Ther, 2018;29(3):285-298
[2]Rojas LA, Condezo GN, Moreno R, et al. Albumin-binding adenoviruses circumvent pre-existing neutralizing antibodies upon systemic delivery. J Control Release. 2016;237:78-88.
[3]Yin H, Kanasty RL, Eltoukhy AA, et al. Non-viral vectors for gene-based therapy[J]. Nature Reviews Genetics, 2014,15(8):541-555
[4]焦培培. 人血清白蛋白納米管的制備及其對核酸吸附與釋放性能的研究[D]. 西北大學, 2015.
