日本细胞与基因疗法新格局,应用将更趋多元化

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美国基因与细胞治疗学会(American Society for Gene and Cell Therapy,ASGCT)第 25 届年会上,“日本细胞和基因治疗的新兴研究”论坛中,来自日本专家分享在细胞和基因治疗的专业知识,以及日本在相关研究的最新发展实例。除了肿瘤学和遗传病之外,日本的生物医学界正致力于开发新疗法,并以特定组织为目标,提高基因疗法的效率。

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实现心血管疾病的基因治疗

九州大学药学研究院的米满吉和(Yoshikazu Yonemitsu)博士回顾了治疗心血管疾病的 RNA 疗法的演变,以及大规模双盲随机临床试验,在评估细胞疗法疗效降低偏见和误差方面的重要性。现今大多数基因治疗候选药物主要是针对肿瘤和遗传疾病,但在治疗心血管疾病的临床成功例子则非常有限。

米满博士分享了 DVC-0101 的临床试验结果,这是一种以 RNA 为基础的基因疗法,用于治疗周边动脉疾病(Peripheral artery disease,PAD)。这种疾病是由从心脏向双腿输送血液的血管阻塞引起,会导致肢体血流不足,情况严重者甚至会发生组织坏死,令患者需要接受截肢手术,切除坏死的腿部或脚趾以保存性命。

研究团队的治疗设计来自于编码重组仙台病毒(recombinant Sendai virus,rSeV)中的人类成纤维细胞生长因子(human fibroblast growth factor)基因。重组仙台病毒是一种小鼠 RNA 病毒,可用于靶向气道上皮细胞。

根据临床前资料评估,使用该病毒作为载体具有外源蛋白的高表达、安全性、有效性和低毒性等优势。I/IIa 期临床试验表明,在 PAD 患者中单次肌肉注射 DVC-0101 具有良好的安全性和疗效,患者的肢体状况和行走能力都有所改善。然而,根据 IIb 期的资料,研究未能达到改善肢体运动和行走表现的主要目标,尽管没有发生与药物有关的重大不良事件,但结果表明需要更稳健的临床试验设计来测试基因疗法。

利用 transposon 改良 CAR-T 细胞疗法

CAR-T 细胞疗法(Chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapy)很大程度上扭转了血液肿瘤治疗上的劣势。然而,对于实体肿瘤而言,由于缺乏肿瘤特异性抗原的恶劣肿瘤环境,加上 CAR-T 细胞难以穿透肿瘤,CAR-T 的免疫反应仍然难以发挥。

为了改善 CAR-T 在实体肿瘤中的传递和疗效,京都府立医科大学的柳生茂希(Shigeki Yagyu)博士展示了一个转座子介导的 CAR-T 系统(transposon-mediated CAR-T system)。由于免疫原性较低且价格低廉,利用转座子在实现稳定基因转移方面是一种有吸引力的选项。此外因为不需要 T 细胞启动、有利的记忆样表型(memory-like phenotype)以及能够防止 T 细胞衰竭,转座子具有强大免疫启动的额外优势。转座子的可能缺点是转染效率(transfection efficiency)较低,转座酶的选择和基因转移方法的具体细节对效率影响很大。

柳生博士介绍了他的研究团队在优化转座子介导的 CAR-T 细胞设计方面的工作。他们设计了 PiggyBac (PB)-CAR-T 细胞,使用静止的 T 细胞、原始的 PB 转座酶(PB transposase)、优化的电穿孔(electroporation)技术和 T 细胞扩增实验方案,尽量提升 CAR-T 细胞的活力,并改良其表型、功能和安全状况。这些 CAR-T 细胞都在多个临床试验中进行了安全性和 T 细胞扩增测试。利用 PB-HER2-CAR-T 细胞在动物模型中测试活性,团队可以确定它们在针对实体肿瘤的抗肿瘤治疗方面的潜在应用。

接下来团队将会开始对 PB-HER2-CAR-T 细胞进行治疗妇科肿瘤的临床试验。柳生博士又提到进一步的改进是加上 CD45RA 抗原作为标记物,研究发现这样可以令 T 细胞扩增幅度提高约 50%。透过整体优化设计、减少了基因组整合,可以解决在个别 PB-CAR-T 细胞临床试验中观察到的 CAR-T 细胞淋巴瘤。随着更多的功能研究,转座子介导的 CAR-T 细胞治疗将有望变得更安全。

改造病毒载体以改善基因在肝脏的传递

自治医科大学的村松慎一(Shin-ichi Muramatsu)博士展示了一种将腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)载体利用于肝病小鼠模型,治疗鸟胺酸氨甲酰基转移酶缺乏症(Ornithine Transcarbamylase (OTC) Deficiency)的基因疗法。OTC 缺乏症是一种遗传性代谢疾病,由于患者体内 OTC 酶缺失,尿素循环受损,导致排泄氨的能力下降,继而引致高血氨和对中枢神经系统造成损害。

AAV 载体可将基因校正分子传递到不同类型细胞的 DNA 中,是基因疗法领域中一种非常有效的传递工具。村松博士的团队设计出 AAV3 载体,以抵抗灵长类动物的中和抗体并将这些抗体清除。载体的蛋白质外壳(capsid)经过修改以减少与抗体的结合,在体外和体内的试验中均大幅度改善了载体在人类肝细胞的转导(transduction)。

团队为此研究开发了一个 OTC 的人类化小鼠模型,结果显示 AAV3-OTC 基因疗法可让肝脏中的 OTC 水平得到恢复,血液中的氨含量减少,肝脏的组织病理学得到改善,但没有产生明显的毒性。这表明改良型 AAV3 更有效地将基因传递至肝细胞,有望逆转单基因肝病。

超越血脑屏障的基因沉默

东京医科齿科大学脑神经内科主任教授横田隆德(Takanori Yokota)博士介绍了将含有DNA-RNA 混合体的异源双链寡核苷酸(Heteroduplex oligonucleotides,HDOs),应用于基因沉默(gene silencing)的技术。HDO 可以与蛋白质、脂质、抗体或其他物质结合起来进行传递。他展示了多项关于 HDO 介导的基因沉默的概念验证研究,例如将 HDO 与 α-生育醇(α-tocopherol)接合,可以靶向肝脏并沉默肝脏中的基因,效率远比使用反义寡核苷酸(antisense oligonucleotide,ASOs)更高。

横田博士提到优化 HDO 设计可应用于调节几乎所有组织的基因表达。研究团队发现若要穿过血脑屏障,胆固醇是最佳的传递配体。他们以大脑的多个区域为目标检验了 HDO 的效率,结果发现在不破坏血脑屏障的渗透性的前提下,HDO 可使目标 RNA 的表达沉默 70-90%,与在小鼠模型中观察到的情况一致。通过多次静脉注射,HDO 在大脑的所有细胞类型中均可达致长期基因沉默,而在小胶质细胞(microglia)中观察到的效果最好。

总结而言,讲者介绍了日本最近在细胞和基因治疗的最新发展,包括药物靶点、输送系统、以及导向至特定组织的技术,这些研究工作可以为研发新一代治疗方法提供参考,从而解决多种不同疾病的医疗需求。

作者:Sahana Shankar
编译:Richard Chou
原文:Cell and Gene Therapy Landscape in Japan is Moving Beyond Oncology

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