突破基因治疗困境的希望之星:球型核酸 (下)

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本专题的上集介绍了球型核酸的基本构造和作用原理,显示这是一种极富潜力的基因治疗技术;而下集将介绍球型核酸目前在动物实验和临床研究的成果,从实务面探讨这项新技术的应用。

突破血脑障壁,进攻脑部肿瘤大本营

血管进到组织后愈分愈细,到了微血管就只剩下薄薄一层血管内皮细胞构成管壁;而内皮细胞间其实充满缝隙,故血球、蛋白质、及大部分药物能够自由穿透。不过供应中枢神经系统的微血管比较特殊,这里的管壁内皮细胞之间由紧密连结 (tight junction) 构成屏障,还会有基底膜以及星状胶细胞的终足共同形成三层构造;故非经特有通道,大部分物质均无法自由进出,这也大大限制了中枢神经药物的疗效 [1]。不过球型核酸可与细胞膜上 A 型清道夫受体 (class A scavenger receptors,SR-A) 结合引发胞吞作用,所以能够“光明正大”地穿透血脑障壁 [2];加上过去研究显示利用清道夫受体平台作为给药途径能有效提升血脑障壁穿透率及组织渗透程度 [3],因此目前有许多研究探讨以球型核酸治疗脑部病变的可能性。神经胶质母细胞瘤 (glioblastoma multiforme,GBM) 为大脑最常见的恶性肿瘤之一,其发生与致癌基因 Bcl2L12 关系密切。Jensen 等人针对此基因设计 L12 – 小干扰 RNA 球型核酸 (L12-SNA),并于带有神经胶质母细胞瘤的小鼠进行局部颅内注射后,从影像结果看到 L12-SNA 能够集中在肿瘤组织,累积量为正常组织的 10 倍。研究人员接着从尾静脉注射进行系统性给药,更进一步发现 Bcl2L12 基因表现受到抑制、肿瘤细胞凋亡增加等疗效,实验小鼠的生存时间也成功延长,且未有副作用或毒性产生 [4]。另一团队则发现微小 RNA miR-182 可能会调控 Bcl2L12 基因表现,故设计出携带 miR-182 的球型核酸 182-SNAs,后来注射送入带有神经胶质母细胞瘤之小鼠后也得到与前一团队类似的成果 [5]。在疗效与安全性经动物实验获得验证的状况下,以球型核酸治疗神经胶质母细胞瘤的临床试验正准备展开。

穿过表皮阻碍直达病灶

皮肤局部给药因为施用方便且系统性副作用较少,故为治疗皮肤病变的首选途径;但由于表皮层对通过的物质具有选择性,药物设计往往因此受到诸多限制。近期有研究将可自由进出细胞的球型核酸结合方便涂抹于皮肤的保湿霜或磷酸盐缓冲液,发现可有效抑制 EGFR 致癌基因活性,且于小鼠与人类皮肤皆未造成临床毒性。进一步分析其潜在脱靶效应的结果显示,球型核酸只造成7个基因的表现受到提升;相较之下,以传统常用的 DharmaFECT1® 试剂套组送入 siRNA 时竟会有高达 427 个无关的基因会受到影响 [6]。显然,球型核酸具备有效导入寡核苷酸与不易发生脱靶效应的优点,因此在转移性皮肤癌与牛皮癣等皮肤基因相关疾病上极具治疗潜力。

球型核酸影片:

来源:https://science360.gov/obj/video/355ec798-93d3-4abb-a515-b77dc38b2ec7/spherical-nucleic-acids

延伸阅读:突破基因治疗困境的希望之星:球型核酸 (上)

多功能球型核酸

除了直接抑制基因的转录和转译,球型核酸也可以和其他物质结合来提升治疗效果。举例来说,太平洋紫杉醇 (paclitaxel) 乃治疗卵巢癌、乳癌、与非小细胞肺癌的常用药物,但因为水溶性低、癌细胞容易产生抗药性、以及经常出现严重副作用,故使用上相当不易拿捏。于是 Zhang 等人将 paclitaxel 结合于球型核酸上,发现不仅在磷酸盐缓冲液中的溶解度提升了 50 倍,而且能够杀死多种已具有抗性的癌细胞,使药物的分布能力和效力获得显著提升 [7]。另外,为避免球型核酸进入目标以外的细胞,Zhang 等人试图利用抗体提高专一性,将第二型人类表皮生长因子受体 (HER2) 单株抗体结合在可抑制 HER2 基因的反义 DNA 球型核酸上,并施用于表现 HER2 之 SKOV-3 卵巢癌细胞。研究显示结合单株抗体的球型核酸不仅在癌细胞的累积量明显较无抗体者高,且于较低浓度即可完全抑制细胞表面之 HER2 受体,使专一性与效力都更上一层楼 [8]。此外,球型核酸也可增加显影剂进入细胞的效率。三价钆 (GdIII) 是核磁共振常用的显影剂,而 Song 等人拿它与球型核酸结合形成 SNA-GdIII 后发现,细胞的吸收率较临床常用的 DOTA-GdIII 高出 50 倍左右,显见球型核酸能够帮助显影剂更有效地进入细胞以增加核磁共振影像品质 [9]。

球型核酸的未来发展与展望

球型核酸容易进入细胞且不易引发免疫反应而被破坏,加上可结合既有药物的特性,使其具有极大的应用潜力。第一个以 RNA 球型核酸进行治疗的 Phase I 临床试验在近期展开,其设计是以肿瘤坏死因子 – α (TNF-α) 作为抑制目标来治疗牛皮癣 (干癣)。目前阶段性结果显示患者对于药物耐受性良好且无相关副作用,加上 TNF-α 的抑制程度会随球型核酸的剂量提高而愈发显著,故各方对试验结果皆感到相当振奋!而经由设计不同的寡核甘酸,球型核酸几乎可应付任何基因相关的疾病,因此球型核酸目前和基因编辑工具 CRISPR 面临相同的挑战,也就是如何找出最适合做为目标的基因进行治疗,克服过去力有未逮的难治疾病。

延伸阅读:解开实体肿瘤微环境的奥秘

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参考文献:
1. Pardridge WM. J Cereb Blood Flow Metab 2012; 32:1959-72.
2. Massich MD et al. Mol Pharm 2009; 6:1934-40.
3. Goti D et al. J Neurochem 2001; 76:498-508.
4. Jensen SA et al. Sci Transl Med 2013; 5:209ra152.
5. Kouri FM et al. Genes Dev 2015; 29:732-45.
6. Zheng D et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109:11975-80.
7. Zhang XQ et al. ACS Nano 2011; 5:6962-70.
8. Zhang K et al. J Am Chem Soc 2012; 134:16488-91.
9. Song Y et al. Angew Chem Int Ed Engl 2009; 48:9143-7.

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