腺相關病毒（Adeno-associated viral, AAV）廣泛使用在基因療法作為載體，傳遞目標基因，因具備安全性、大組織趨向（broad tissue tropism）、低致病性以及高效且穩定的傳遞方式，被視為基因療法中的黃金標準。
目前為止，美國 FDA 僅核准 2 種 AAV 載體基因療法，一是 Novartis 治療脊髓性肌肉萎縮症的 Zolgensma，二是 Spark Therapeutics 治療萊伯氏先天性黑蒙症的 Luxturna，但仍有不少針對多種疾病的候選 AAV 載體基因療法如雨後春筍冒出。依照現有研究進展速度，FDA 預估直至 2025 年將新增 10 至 20 個細胞與基因療法取得核准。另外，根據調研機構 Fortune Business Insights 的統計，基因療法的市場規模將於 2027 年成長至 356.7 億美元，相比 2019 年的 36.1 億美元，將迎來大幅度成長。
AAV 載體最大挑戰：人體免疫反應
AAV 載體在強大優勢的背面仍有許多應用挑戰，其中最令人頭疼的就是病毒載體進入人體所引發的免疫反應。人體有一種會辨識外來入侵分子，藉此激發先天與後天免疫反應的樣式辨識受體（pattern recognition receptor, PRR），而類鐸受體（Toll like receptor, TLR）中的 TLR2 與 TLR9 蛋白會將病毒載體的外殼與 DNA 設定為外來入侵，使接受基因療法的患者產生嚴重的免疫介導毒性。
舉例來說，美國生技公司 Audentes Therapeutics 於 2020 年 8 月宣布基因療法臨床試驗中出現第 3 個死亡案例。受試者死因是由敗血症產生的進行性肝臟失調，他們當時都接受高劑量的 AAV 載體基因療法 AT132，治療 X 染色體遺傳肌小管病變（X-linked myotubular myopathy）。
此外，在動物模型中，也有研究指出高劑量的基因療法會使其產生嚴重的肝臟毒性。
合成生物學之父創業解決 AAV 載體應用挑戰
而為了找出更安全的 AAV 載體應用模式，全球生技企業群起研究。其中，合成生物學之父暨連續創業家 George Church 博士和其實驗室中的博士後研究員 Ying Kai Chan ，於 2018 年創立的新創 Ally Therapeutics 受到各界矚目，並已接連獲得來自 ARCH Venture Partners、Alta Partners 和 UCB ventures 等著名創投的種子輪融資，公司目標在於開發安全性更高的 AAV 載體與免疫原性更低的基因療法。
抑制 TLR9 蛋白，降低免疫反應風險
George Church 博士帶領在哈佛大學醫學院與 Wyss 研究所的團隊於 2 月 10 日發表一個大型研究的成果，內容刊登於《Science Translational Medicine》。值得一提的是，該合作也是基因療法、視覺科學、合成生物學的跨領域合作，彙集如哈佛大學醫學院 Constance Cepko 博士等學界專家合作。
研究團隊將包含抑制 TLR9 序列的短 DNA 寡核苷酸（short DNA oligonucleotides）編入 AAV 載體的基因中，使 TLR9 難以辨識出序列較長的 AAV 載體，藉此降低免疫反應的產生。他們將之稱為聯結免疫調節（coupled immunomodulation）。
於初期細胞培養試驗中，研究人員發現，編輯後的 AAV 載體比未編輯版本更可弱化初級免疫細胞的先天性免疫反應。且注射入小鼠、豬 2 種動物模型的肝臟、肌肉與眼睛組織時，編輯後的 AAV 載體都表現出降低先天性免疫反應與 T 細胞免疫反應的結果。
Ally Therapeutics 現任科學長 Ying Kai Chan 博士表示，透過把抑制 TLR9 的片段放入 AAV 載體中，或許可讓 AAV 載體在進入人體後能逃脫免疫系統的偵測機制。
在免疫細胞浸潤少的眼睛表現如何？
許多基因療法研究從免疫細胞浸潤較少的眼睛進行試驗，結果發現從眼睛直接進行基因療法的方式會造成眼內炎症，而從眼球玻璃體注射雖然侵入性較低，但卻更容易導致發炎。
而 Ally Therapeutics 的試驗結果指出，在小鼠的動物模型中，從玻璃體注射經編輯改造過的 AAV 載體所產生的發炎症狀會比未編輯版本來得低，且使視網膜的報導基因（reporter gene）表現高；類似情形也出現在豬的動物模型，當研究人員在下視網膜注射編輯後 AAV 載體，發現沒有出現不良反應，但未編輯版本卻會。
但產生發炎的機制不只一種
但並非所有動物模型都是相似結果。獼猴模型在注射編輯後 AAV 載體仍出現眼睛發炎症狀，這代表有除了 TLR9 之外的發炎機制，且系統須進一步優化。
Constance Cepko 博士指出，從 AAV 載體引發的玻璃體內毒性、表現的 TLR9 抑制性、和對膽固醇的反應可看出，讓注射位置出現中毒現象的機制不只 TLR9 一種，未來團隊將持續研究和了解不同種機制。
Wyss 創始董事 Donald Ingber 博士表示，在合成生物學、視覺科學、基因療法的跨界合作之下，AAV 載體的編輯技術將開創出一條新的研究道路，而這也將把基因療法推往更安全、更有效率的方向。
作者：Rajaneesh K. Gopinath
編譯：Tyler
參考資料：
1. https://geneonline.news/en/george-churchs-new-startup-engineers-aav-vectors-that-evades-host-immune-responses/
2. https://stm.sciencemag.org/content/13/580/eabd3438
3. https://wyss.harvard.edu/news/a-new-vision-for-aav-delivered-gene-therapies/
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫：service@geneonlineasia.com
