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血友病B的基因治療研究進(jìn)展

2013-10-17 11:33 閱讀:5909 來源:中華血液學(xué)雜志 作者:陳*章 責(zé)任編輯:陳文章
[導(dǎo)讀] 基因治療則為血友病的長期緩解乃至治愈帶來了希望。靶組織或細(xì)胞選擇范圍廣泛、FⅨ基因片段小、低水平表達(dá)即可明顯改善出血、具有良好的動(dòng)物模型等優(yōu)勢,使得血友病B成為基因治療領(lǐng)域進(jìn)展最為迅速的疾病之一。

    基因治療則為血友病的長期緩解乃至治愈帶來了希望。靶組織或細(xì)胞選擇范圍廣泛、FⅨ基因片段小、低水平表達(dá)即可明顯改善出血、具有良好的動(dòng)物模型等優(yōu)勢,使得血友病B成為基因治療領(lǐng)域進(jìn)展最為迅速的疾病之一。

    血友病B是一種X染色體連鎖隱性遺傳病,因編碼基因的改變而導(dǎo)致凝血因子Ⅸ(FⅨ)的缺乏。在男性中發(fā)病率約為1/25 000 ,依據(jù)血漿FⅨ活性(FⅨ∶C)分為重型(FⅨ∶C<1%)、中間型(F Ⅸ∶C 1%——5%)和輕型(F Ⅸ∶C >5% ,≤40%)。

    目前該病主要治療手段為替代治療(輸注血漿提取物或重組FⅨ制劑),但反復(fù)輸注外源性FⅨ可引起FⅨ抑制物形成、血制品輸注相關(guān)疾病且醫(yī)療費(fèi)用昂貴。


    一。載體系統(tǒng)

    1.腺相關(guān)病毒載體:腺相關(guān)病毒載體(AAV)是目前血友病B基因治療最有前景的載體。AAV是一種可感染人細(xì)胞、具有天然復(fù)制缺陷的單鏈DNA 病毒,與已知人類疾病無關(guān)。AAV較之其他病毒載體具有免疫原性弱、轉(zhuǎn)染效率高、可轉(zhuǎn)染非分裂細(xì)胞、表達(dá)穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)為容量小、基因表達(dá)滯后。

    AAV包括AAV1、2、5、6、7、8、9 等多種血清型。AAV2 是應(yīng)用最早、最廣泛的血清型,可有效轉(zhuǎn)染多種細(xì)胞,但人類是AAV2的天然宿主,人群中AAV2血清抗體陽性者較為常見。其他幾種血清型則有不同的轉(zhuǎn)染趨向性:AAV1具有明顯的骨骼肌趨向性,AAV6具有心肌趨向性,AAV8具有明顯的肝趨向性。針對(duì)不同的靶組織可以考慮選擇趨向性不同的AAV.

    總體而言,AAV7、8、9 產(chǎn)生的免疫反應(yīng)較AAV1、2、5 輕。Wang 等分別應(yīng)用AAV1、2、5、7、8、9 對(duì)FⅨ基因敲除小鼠和患血友病B犬進(jìn)行基因治療,然后對(duì)血漿中FⅨ∶C、抗FⅨ特異性IgG1 和IFN-γ進(jìn)行檢測,以比較其轉(zhuǎn)染效率和免疫反應(yīng)。

    結(jié)果顯示以肌肉組織作為靶組織時(shí),AAV7、8、9 轉(zhuǎn)染效率高于AAV1、2、5,未發(fā)現(xiàn)針對(duì)導(dǎo)入的FⅨ基因的B細(xì)胞反應(yīng),針對(duì)病毒衣殼蛋白的T細(xì)胞反應(yīng)程度亦較弱。自身互補(bǔ)AAV 載體(self-complementaryAAV, scAAV)的發(fā)明則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單鏈AAV 載體(singlestrandedAAV, ssAAV)表達(dá)滯后的缺點(diǎn)。

    ssAAV表達(dá)滯后的原因在于其進(jìn)入靶細(xì)胞并脫殼后,首先要合成互補(bǔ)DNA鏈才能進(jìn)一步表達(dá)。scAAV則是將載體基因設(shè)計(jì)成1 個(gè)單鏈反向重復(fù)序列,當(dāng)載體進(jìn)入靶細(xì)胞后即可折疊形成1 條互補(bǔ)雙鏈,從而繞開影響基因表達(dá)速度的步驟。

    Nathwani 等采用scAAV5 和scAAV8 作為攜帶FⅨ編碼基因的載體對(duì)患血友病B獼猴進(jìn)行基因治療并研究其安全性。研究者將獼猴分為5 組,分別從外周靜脈注射2×109——2×1012 載體基因組(vg)/kg 共5 個(gè)劑量級(jí)的載體,然后對(duì)基因表達(dá)效率和安全性進(jìn)行了長達(dá)5 年的觀察。

    研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)載體劑量達(dá)到6×1010 vg/kg 時(shí),獼猴血漿FⅨ∶C維持在1%以上;所有的獼猴均產(chǎn)生了血清型特異性抗體,未發(fā)現(xiàn)衣殼蛋白特異性T細(xì)胞反應(yīng)和免疫介導(dǎo)的肝損傷,同時(shí)沒有觀察到AAV基因整合到靶細(xì)胞基因序列中和肝臟腫瘤的發(fā)生。該研究及大量制備scAAV的方法為臨床試驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。AAV的缺點(diǎn)為包裝容量較小,影響了在血友病A等其他基因缺陷性疾病的應(yīng)用。

    2.逆轉(zhuǎn)錄病毒載體:

    逆轉(zhuǎn)錄病毒載體(RV)是最早應(yīng)用于基因治療的病毒載體,但僅對(duì)分裂細(xì)胞有效,對(duì)非分裂細(xì)胞則無效。Zhang 等以RV作為載體、以肝臟作為靶組織對(duì)新生血友病B犬和新生基因敲除血友病B小鼠進(jìn)行基因治療,結(jié)果顯示所有動(dòng)物中FⅨ∶C>10%,無FⅨ抑制物形成。

    但成年動(dòng)物的肝臟中分裂細(xì)胞不足,有報(bào)道以手術(shù)切除部分肝臟的方法誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖,再應(yīng)用RV進(jìn)行基因治療,但該治療方法創(chuàng)傷較大,與其他載體相比劣勢較為明顯。

    3.腺病毒載體:

    腺病毒載體(AV)可轉(zhuǎn)染分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞。腺病毒基因不與宿主基因整合,不會(huì)因?yàn)榛蛘隙鴮?dǎo)致抑癌基因失活。人群可天然感染腺病毒而易預(yù)存免疫反應(yīng)。第二代AV(高容量AV)腺病毒本身的編碼基因被去除,可以降低宿主免疫反應(yīng),延長導(dǎo)入基因表達(dá)持續(xù)的時(shí)間。

    4.慢病毒載體:

    慢病毒載體(LV)是以HIV-1 為基礎(chǔ)發(fā)展起來的基因治療載體,可轉(zhuǎn)基因至分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞,對(duì)包括肝在內(nèi)的各種組織都可轉(zhuǎn)染,也可將載體基因整合至宿主基因中。因?yàn)長V來源于HIV,在普通人群中少有感染,很少有預(yù)存免疫反應(yīng),在基因治療上具有一定的優(yōu)勢。

    但是應(yīng)用LV作為載體進(jìn)行基因治療時(shí),F(xiàn)Ⅸ∶C僅接近1%,且有一過性急性促炎性免疫反應(yīng)發(fā)生。Brown等應(yīng)用攜帶肝細(xì)胞特異性啟動(dòng)子的LV載體對(duì)基因敲除血友病B小鼠進(jìn)行治療,F(xiàn)Ⅸ∶C因抗FⅨ的T細(xì)胞反應(yīng)而未達(dá)治療水平(<1%),當(dāng)他們?cè)谳d體中再包進(jìn)一段造血特異性miRNA后進(jìn)行基因治療,小鼠體內(nèi)FⅨ∶C持續(xù)高于15%且未發(fā)生明顯的免疫反應(yīng),分析認(rèn)為,miRNA可能在T細(xì)胞反應(yīng)的免疫失活中起了重要作用。

    Mátrai 等報(bào)道應(yīng)用整合酶缺陷的慢病毒載體對(duì)基因敲除血友病B小鼠進(jìn)行基因治療,在基因有效表達(dá)的前提下誘導(dǎo)抗原特異性免疫耐受,并降低基因插入誘變的風(fēng)險(xiǎn)。

    5. 非病毒載體系統(tǒng):

    非病毒載體包括脂質(zhì)體、納米材料、沉默轉(zhuǎn)座子、質(zhì)粒DNA注射等,具有來源廣泛、成分明確、免疫反應(yīng)低、可大量制備等優(yōu)點(diǎn)。而缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)染效率低、FⅨ難以長期表達(dá)。

    Miao 等報(bào)道顯示小鼠肝內(nèi)注射裸質(zhì)粒DNA的同時(shí)結(jié)合超聲波空化可以顯著提高轉(zhuǎn)染效率。經(jīng)小鼠尾靜脈高壓注射編碼FⅨ的裸質(zhì)粒DNA,達(dá)到了良好效果。相比較其他非病毒載體,沉默轉(zhuǎn)座子可以使FⅨ基因整合到宿主基因而長期表達(dá),顯示出一定的發(fā)展優(yōu)勢。

    二。靶點(diǎn)的選擇

    1.肝臟:肝臟是產(chǎn)生FⅨ的主要器官,是基因治療較為理想的靶器官。早期通過肝動(dòng)脈或門靜脈注射載體,一些具有肝趨向性的新載體(如AAV8)可采用靜脈注射,使治療過程簡化、風(fēng)險(xiǎn)降低。血友病B(尤其是重型)患者常因?yàn)檠破份斪⒍l(fā)肝炎,不宜選擇肝臟作為靶器官。

    2.肌肉組織:肌肉組織是FⅨ的異位合成組織,也是一個(gè)重要的治療靶點(diǎn),對(duì)于合并肝炎的患者尤為適合。載體一般采用多部位肌肉注射,肌肉組織中可長期表達(dá)FⅨ。

    Buchlis 等報(bào)道1 例血友病B患者在接受基因治療(載體為AAV2 肌肉注射)10 年后因非治療相關(guān)原因死亡,注射部位肌肉組織仍可表達(dá)FⅨ,但由于免疫反應(yīng),該患者血漿FⅨ∶C未達(dá)治療水平。

    采用加壓注射或合并使用血管活性藥物的靜脈灌注給藥法(ATVRX)可使載體在肌肉組織中廣泛分布。短程應(yīng)用環(huán)磷酰胺以抑制免疫反應(yīng)可使血漿FⅨ∶C持續(xù)維持在治療水平以上,且安全性較為理想。

    3.造血干細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板:除了傳統(tǒng)的靶組織,有研究者致力于FⅨ基因異位表達(dá)的探索。Bigger 等以慢病毒作為載體,體外轉(zhuǎn)染小鼠造血干細(xì)胞,再植入經(jīng)致死量照射的普通小鼠及基因敲除血友病B小鼠體內(nèi),結(jié)果受鼠體內(nèi)表達(dá)FⅨ持續(xù)1 年以上;再將受鼠的造血干細(xì)胞進(jìn)行二次和三次移植,二次或三次移植受鼠也可長期表達(dá)FⅨ,凝血功能得到顯著改善。

    另有報(bào)道使FⅨ表達(dá)于干細(xì)胞來源的紅細(xì)胞,也獲得良好效果。Zhang 等建立2bF9 轉(zhuǎn)基因小鼠模型,使其FⅨ異位表達(dá)于血小板和巨核細(xì)胞,并儲(chǔ)存在α顆粒中,雖然血漿FⅨ∶C僅1.1%,但其中90%的FⅨ位于血小板,當(dāng)血小板激活后FⅨ可立即釋放到出血部位,止血效果優(yōu)于普通FⅨ,且具有更長的半衰期。該研究中轉(zhuǎn)基因小鼠未發(fā)生腫瘤和血栓性事件。這些研究為血友病B的基因治療開拓了思路。

    三。安全性

    1.免疫反應(yīng):免疫反應(yīng)是影響基因治療成敗的關(guān)鍵。病毒衣殼、導(dǎo)入的載體基因、啟動(dòng)子元件和增強(qiáng)子元件、載體劑量、靶點(diǎn)的選擇、是否合并肝炎以及先前有無FⅨ抑制物均為影響免疫反應(yīng)的因素。衣殼蛋白特異性T 細(xì)胞反應(yīng)和針對(duì)轉(zhuǎn)入基因的免疫反應(yīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)中均為常見。

    在以AAV作為載體的基因治療中,針對(duì)病毒衣殼蛋白的免疫反應(yīng)則是導(dǎo)致FⅨ表達(dá)進(jìn)行性減少的原因。有研究顯示作為靶器官的肝臟中CD8+細(xì)胞浸潤較肌肉少見,分析認(rèn)為與肝臟中調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Treg)形成的免疫耐受有關(guān)。

    目前減低和應(yīng)對(duì)免疫反應(yīng)的策略還有:①減少載體中的空衣殼數(shù)量;②應(yīng)用高表達(dá)FⅨ的轉(zhuǎn)基因,如FⅨPadua(R338L),則可用較少載體就達(dá)到同樣療效;③在基因治療中短程應(yīng)用免疫抑制劑;④持續(xù)監(jiān)測,一旦出現(xiàn)免疫反應(yīng)及時(shí)給予糖皮質(zhì)激素。

    2.基因插入突變:載體基因若隨機(jī)整合進(jìn)宿主基因,可能引起基因插入突變。如整合到抑癌基因并致其失活,可增加腫瘤發(fā)生的危險(xiǎn)。目前廣泛應(yīng)用的AAV載體,尚未發(fā)現(xiàn)宿主基因整合。

    多項(xiàng)大規(guī)模動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多證實(shí)AAV載體無誘發(fā)癌變傾向。如果載體基因隨機(jī)整合到精子細(xì)胞,則可引起后代基因的改變,也就是所謂的種系傳播,是人們對(duì)基因治療的一個(gè)顧慮。但研究表明應(yīng)用AAV2和AAV8靶向治療后,動(dòng)物精液中載體基因僅短暫存在,經(jīng)過上百個(gè)生精循環(huán)后,精液中已無載體基因存在。

    一般認(rèn)為應(yīng)用AAV2和AAV8基因治療導(dǎo)致種系傳播的風(fēng)險(xiǎn)較小。也有報(bào)道顯示基因治療增加了肝癌和其他惡性腫瘤的發(fā)生率。對(duì)于基因突變的安全性尚需繼續(xù)觀察和研究。

    四。臨床試驗(yàn)


    Qiu 等在1996 年報(bào)道了世界首次血友病B基因治療臨床試驗(yàn)。研究者用帶有FⅨ基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體轉(zhuǎn)染患者的離體皮膚成纖維細(xì)胞,篩選出表達(dá)FⅨ的細(xì)胞,經(jīng)一系列安全性檢測后用膠原包埋,于患者腹部或背部皮下注射。2 例患者體內(nèi)血漿FⅨ水平升高2 倍多,持續(xù)超過1 年。沒有出現(xiàn)明顯的治療相關(guān)不良反應(yīng)。

    Manno 等應(yīng)用AAV2作為載體通過肌肉注射的方式對(duì)血友病B患者進(jìn)行基因治療,肌肉組織中FⅨ表達(dá)良好,但血漿FⅨ∶C<1%.通過肝動(dòng)脈注射將AAV2注入血友病B患者體內(nèi),血漿FⅨ∶C達(dá)治療水平,但8 周后逐漸下降并伴有轉(zhuǎn)氨酶升高,認(rèn)為與衣殼蛋白引起的細(xì)胞免疫反應(yīng)相關(guān)。

    最近一則令人振奮的消息來自于英國倫敦大學(xué)學(xué)院的臨床試驗(yàn)。入組的6例無FⅨ抑制物的重型血友病B患者脈注射三種劑量的scAAV8載體,所有患者外周血FⅨ∶C均達(dá)治療水平,未產(chǎn)生FⅨ抑制物,也沒有發(fā)現(xiàn)針對(duì)FⅨ基因的T細(xì)胞免疫反應(yīng),但在所有患者中均發(fā)現(xiàn)針對(duì)AAV8衣殼蛋白的體液免疫反應(yīng),中、高劑量組的患者中還出現(xiàn)AAV8衣殼蛋白特異性T細(xì)胞反應(yīng)。

    高劑量組的2例患者出現(xiàn)了衣殼蛋白特異性T細(xì)胞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)氨酶升高,給予短程糖皮質(zhì)激素治療后恢復(fù)正常,而且FⅨ∶C仍然維持治療水平。綜上所述,近年來血友病B 的基因治療取得了很大進(jìn)展。今后需要進(jìn)行更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證安全性并謹(jǐn)慎、嚴(yán)格地開展大規(guī)模臨床試驗(yàn)。


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