為神經疾病治療帶來新視野的基因療法

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基因療法的出現撼動了神經疾病治療的版圖,目前世界超過 1000 項神經疾病基因治療的研究正如火如荼的進行。此外,美國食品藥物管理局 (USFDA) 預計在 2025 年前,審查 10 至 20 項細胞與基因療法。以下為此領域截至目前的發展回顧:

神經疾病基因診斷和治療進展

在 1980~2000 年間,造成亨丁頓氏症 (Huntington Disease, HD) 、裘馨氏肌失養症 (Duchenne muscular dystrophy, DMD) 等神經遺傳疾病的基因陸續被檢測出來。最近,高通量定序 (high-throughput sequencing) 的技術也幫助偵測出大多數的神經疾病背後的突變情形。

一連串有關單基因疾病、癌症、神經退化障礙的臨床研究皆指出,基因治療為一個安全、有效且持久的治療方法。現正進行中的基因療法主要分成兩類:
(1) 藉由基因轉移,修補缺陷或突變的基因,進而達到長期表現。
(2) 藉由 RNAi 干擾抑制有毒性基因的表現。此方法又可分為體內 (in vivo) 與體外 (ex vivo) 兩種類型。

由於血腦障壁的存在,以及藥物在進入中樞神經系統後分布的限制,使得基因治療藥物在治療中樞神經系統疾病上有著極大挑戰。利用腺相關病毒 (adeno-associated virus, AAV) 作為載體的這項突破,已在臨床試驗中被採用,並以多種類的AAV血清型、施予方式 (例如全身性、顱內、鞘內、腦室內等等),有效提升標靶效果。

在所有用於神經疾病基因治療的病毒載體中,不具病原性、具有高度神經趨向
(neuronal tropism) 的 AAV,為最受歡迎的選項。在分化末期的神經元中,好的游離基因組穩定性 (episomal stabilization),能促成長期的基因表現。不同的 AAV 血清型具有不同特性,如局部由腦部導入的AAV2的載體能有效率地誘導注射附近區域的基因表現,而AAV9在中樞神經系統中的分佈則較廣。一些研究團隊正在研究基因工程製造的蛋白質殼體,希望能增進中樞神經系統內組織、細胞的趨性 (tropism) ,並且降低全身注射時抗體中和的感受性 (susceptibility)。

延伸閱讀:細胞和基因療法 30 年內成主流?聚焦於載體效率和安全性、個人化細胞療法

FDA 已核准的基因療法

由 Spark Therapeutics 和費城兒童醫院研發的 Voretigene neparvovec (LUXTURNA),在 2017 年成為第一項經 FDA 核准的體內基因治療藥物。此藥物為經由視網膜下注射 (subretinal injection),針對 RPE65 雙等位基因突變造成的脊髓性肌肉萎縮症 (Spinal Muscular Atrophy, SMA)。而之後由 Novartis 子公司 AveXis 研發的 onasemnogene abeparvovec (Zolgensma) 在臨床前試驗模式中利用 AAV9 作為 SMN 蛋白的載體,以修復脊髓運動神經元的傳導活性。

經過一連串的臨床試驗,Zolgensma 在 2019 年通過 FDA 核准。Zolgensma 由雞 β 蛋白啟動子 (chicken β-actin promoter) 取得 自互補 SMN cDNA ,以 AAV9 作為載體並經由單劑靜脈注射,用於 2 歲以下 SMA 兒童的治療。

以下為 Zolgensma 的臨床試驗整理:

即便此基因治療藥物在治療 SMA 及其他單基因疾病上保證「單次注射便完成治療」,使用上仍舊有著其他考驗。其中,在 STR1VE 試驗及 START 追蹤中普遍出現了肝臟轉胺酶 (hepatic transaminases) 短暫升高以及嘔吐的副作用,然而以上副作用可使用類固醇製劑 prednisolone 進行控制。另外,運動功能的提升是否能終身維持仍需近一步觀察,並且也須確認此藥物不會因病患體內對病毒載體產生免疫反應而失去治療的可行性。

延伸閱讀:日本第二款基因療法藥物Zolgensma!一次解決脊髓性肌肉萎縮症

其他潛力的基因療法

以下列出一些針對神經遺傳、神經退化疾病的臨床試驗:

未來的挑戰

現今基因治療的研究與試驗已有相當的進展,但仍有許多困難必須克服;例如:非治療目標組織的基因表現、增補基因的過度表現以及過度的基因剔除都有可能造成潛在的毒性產生。另一方面,研究人員也正試著研發新興的人造蛋白質殼體,希望能增進載體的趨性 (tropism) ,並促進細胞在病毒效價 (titer) 低的情況下,依舊有好的傳導能力。至於游離基因體的不表現 ( episomal silencing ) 或是長期下來表觀遺傳學的造成的差異與影響,仍需長期追蹤觀察接受過基因治療的病患,且進行世代研究才能逐步釐清。

此外,有少數案例顯示載體病毒的遺傳物質與宿主 DNA 結合後會引起腫瘤生成;如何選擇適當的載體遞送途徑以產生最小免疫反應也是一項重要課題;選擇適當的注射姿勢(如:特倫德倫伯臥位,Trendelenburg position )在治療脊髓相關疾病上尤其重要,能增進基因療法藥物的效力 (efficacy) 與提升治療效果。

延伸閱讀:法規跟不上細胞和基因療法技術的發展? FDA 如何面對?

撰文:Bhavya Ravi, Ph.D.
翻譯:Lia
校閱:Sherry, Parker

參考資料:
1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30477394/
2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30206384/
3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31312139/
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5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2889698/
6. https://www.genengnews.com/a-lists/25-up-and-coming-gene-therapies-of-2019/
7. https://www.clinicaltrials.gov/

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