發(fā)布日期：2017-11-22
Milan和Elena Villarrea給Evelyn注冊接受基因治療試驗(yàn)，他們因?yàn)榧顾杓∪馕s癥曾失去了一個(gè)孩子。 圖片來源：MIKE SHANAHAN
并沒有什么特別的事情發(fā)生在長著紅色小卷毛的3歲的Evelyn身上，除了她不應(yīng)該在家里的起居室一邊與來訪者說話，一邊穿著連褲襪跟著一首名為《快樂》的曲子旋轉(zhuǎn)著跳舞。
Evelyn的姐姐Josephine患有脊髓肌萎縮Ⅰ型（SMA1）疾病，這是一種導(dǎo)致嬰兒逐漸癱瘓的疾病。Josephine在15個(gè)月大時(shí)死去。Evelyn的到來屬于意外懷孕，但她的父母仍決定生下她，盡管這個(gè)嬰兒有著1/4發(fā)生第二次悲劇的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)Evelyn在2014年12月出生后，她的父母很快便從遺傳測試中絕望地了解到，她也患有SMA1。“我知道我們要面對什么，我們會一直愛她。”她的父親Milan Villarreal說。在8周時(shí)，Evelyn接受了一次基因療法，在她的體內(nèi)注入了一種重要的缺失蛋白。
現(xiàn)在，她與任何健康的孩子看起來并沒有太大的區(qū)別。除了腿部較弱，不能正常跑步或蹦跳外，她仍然可以走得很快，可以跳舞、描字母、扔泡沫塊、搬動小椅子，或是爬到她母親Elena的腿上。Villarreals一家人已經(jīng)見證了Evelyn從爬動到走路到說話。“它就像一個(gè)奇跡。每個(gè)歷程都像一場慶典。我們會為她做的每一件小事開香檳慶祝。”Milan說。
Evelyn參與的臨床試驗(yàn)的結(jié)果也讓很多基因療法研究人員感到震驚，它成為這個(gè)一度波瀾不斷的領(lǐng)域最明顯的成功案例。共有15名嬰兒接受SMA1治療，否則他們在兩歲左右就會死亡。根據(jù)近日發(fā)表于《新英格蘭醫(yī)學(xué)期刊》（NEJM）的一項(xiàng)報(bào)告，現(xiàn)在這些嬰兒已經(jīng)長到20個(gè)月甚至更大，他們大多數(shù)已經(jīng)會坐。這種基因療法是一種一次性療法，通過簡單注射到靜脈發(fā)揮作用。“此前我從沒有見過哪種基因療法的效應(yīng)可以對致命疾病起作用。”哥倫布市美國國家兒童醫(yī)院神經(jīng)學(xué)家、帶領(lǐng)這一最近試驗(yàn)的Jerry Mendell說。
這一消息為基因療法增添了動力。一種通過基因治療失明的療法在今年10月獲得了美國食藥監(jiān)局（FDA）專家組批準(zhǔn)，該療法將成為首個(gè)美國批準(zhǔn)治療遺傳性疾病的基因療法。此外，這一新療法的安全性和成功性正在激勵其他研究人員利用基因療法進(jìn)行靜脈注射或脊椎注射，以治療罕見的兒童神經(jīng)或肌肉疾病，甚至是治療成年人疾病，如帕金森氏癥。
離體病毒載體
最初，當(dāng)患者是動物時(shí)，用基因療法治療神經(jīng)性疾病似乎很容易。在20世紀(jì)90年代，研究人員在新出生小鼠（經(jīng)過基因工程編輯存在一些特定代謝性疾?。┑哪X部注入攜帶缺失基因的病毒載體。密蘇里州圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Mark Sands說，其結(jié)果“令人震驚，效果是如此之好”。但他補(bǔ)充說，小鼠大腦很小。“挑戰(zhàn)在于如何從質(zhì)量僅有半克重的小鼠大腦擴(kuò)展到質(zhì)量在1000克的兒童大腦。這是2000倍的大小差異。你怎么才能讓它發(fā)揮作用呢？”
結(jié)果表明，研究人員很難做到這一點(diǎn)。1996年，一個(gè)團(tuán)隊(duì)在兩名兒童（罹患一種叫作卡納萬病的大腦疾?。╋B腔內(nèi)注入了含有一個(gè)治療基因的脂肪顆粒。該研究當(dāng)時(shí)極具爭議，而且也并未幫助到患者。隨后，其中的同一批研究人員在另外13名卡納萬病患者的顱骨鉆了6個(gè)孔，注射由一種明顯無害的病毒——腺相關(guān)病毒（AAV）所形成的載體以進(jìn)行治療；類似的AAV試驗(yàn)還被用于治療用一種嚴(yán)重的兒童遺傳性腦病貝敦氏癥。
然而，任何療法均未緩解疾病。一種完全不同的治療方法則產(chǎn)生了唯一一例神經(jīng)疾病的成功治療。研究人員從患者處提取造血干細(xì)胞后，利用經(jīng)過修飾的艾滋病病毒（HIV）縫合到一個(gè)新的基因內(nèi)，然后將該細(xì)胞重新注入患者體內(nèi)。其中一些細(xì)胞會遷移到大腦，然后形成叫作神經(jīng)膠質(zhì)（可生成所需蛋白）的神經(jīng)支撐細(xì)胞。根據(jù)今年10月發(fā)表于NEJM的一篇文章，在15名男孩中，這種“在活體外的”基因療法阻止了一種叫作腎上腺腦白質(zhì)失養(yǎng)癥（ALD）的致命疾病，這種疾病會破壞神經(jīng)元周圍的髓鞘。意大利基因療法研究人員已經(jīng)報(bào)告了類似的治療方法，用于治療患有異染性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良腦病的年輕患者。
但是離體基因療法對因缺乏分泌蛋白而引起的腦部疾病最為有效：移植的細(xì)胞可以通過為其他神經(jīng)細(xì)胞生成分子而取代它。對很多紊亂性疾病來說，缺失的蛋白是在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)行的，因此所有需要它的細(xì)胞必須接受載體。
從死亡到希望
回應(yīng)這一需求的病毒載體是從一例死亡案例開始的。21世紀(jì)初，該領(lǐng)域帶頭人之一、賓夕法尼亞州立大學(xué)遺傳學(xué)家James Wilson被要求改變研究方向。在Wilson于1999年帶領(lǐng)的臨床試驗(yàn)中，18歲的Jesse Gelsinger因?yàn)閷?qiáng)效腺病毒載體的大規(guī)模反應(yīng)而死亡，他為治療肝病而接受注射該病毒載體。Wilson在該試驗(yàn)中存在經(jīng)濟(jì)利益，他面臨Gelsinger家人的訴訟和食品藥品管理局的調(diào)查，最終他接受了對這些領(lǐng)先臨床試驗(yàn)的5年禁令。隨后，他轉(zhuǎn)向?qū)ふ倚碌腁AVs種類，這比腺病毒更加安全，而且已經(jīng)成為一種受歡迎的載體。
2004年，Wilson實(shí)驗(yàn)室的Guangping Gao等報(bào)告稱，他們梳理人類和靈長類的組織后發(fā)現(xiàn)了超過100種擁有“趨性”或優(yōu)先性的新型AAVs，可以用于感染特定類型的細(xì)胞。其中之一的AAV9“與其他任何AAV都不同。Wilson回憶，當(dāng)把它高劑量地注射到血液中時(shí)，它會到達(dá)所有地方”——心臟、肌肉、大腦組織。最吸引人的是它導(dǎo)向目標(biāo)追蹤神經(jīng)元的能力，而神經(jīng)元是治療許多腦和脊髓疾病的關(guān)鍵。
其他研究人員開始爭先恐后地確認(rèn)AAV9對神經(jīng)系統(tǒng)的作用。2009年，一個(gè)法國團(tuán)隊(duì)和國家兒童醫(yī)院Brian Kaspar的實(shí)驗(yàn)室分別發(fā)表論文推動了這一領(lǐng)域的研究。罹患SMA1后出生的嬰兒都軟軟的，不能很好地吸吮或抬頭；因?yàn)榧顾柽\(yùn)動神經(jīng)元的缺失，他們的肌肉會變?nèi)?，到了某一時(shí)刻就不能呼吸，并隨之死亡。由Kaspar帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)著手研究通過對AAV9進(jìn)行基因工程編輯使其攜帶SMN基因的一種治療方法。
在看到存在SMA1的新生小鼠經(jīng)過這種療法后擁有正常的運(yùn)動功能和生命周期，他們計(jì)劃進(jìn)行靜脈注射。猴子試驗(yàn)表明，相關(guān)劑量是安全的。FDA和重組DNA顧問委員會（美國國立衛(wèi)生研究院審查大多數(shù)美國基因療法試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)）批準(zhǔn)了這項(xiàng)研究，而國家兒童醫(yī)院和一家基金會同對其進(jìn)行資助。
在首名嬰兒接受AAV9療法試驗(yàn)劑量后不久，她的肝酶飆升至正常水平的31倍，表明可能發(fā)生細(xì)胞損傷。“那天晚上我根本無法入眠。”Mendell說。但類固醇很快降低了肝酶水平，F(xiàn)DA建議他繼續(xù)下去。另外3名嬰兒也發(fā)生了肝酶水平上升，但并無肝臟損傷的臨床跡象，所以試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。
盡管試驗(yàn)的目的主要是檢測該療法的安全性，但很快便清楚了——引入的基因減緩了嬰兒的萎縮癥。嬰兒沒有變得更軟、難以呼吸，而是變得更加強(qiáng)壯。Evelyn肚皮貼在地上，有一天開始抬起頭，Elena Villarreal回憶。“那就像是患上SMA1之后永遠(yuǎn)不可能發(fā)生的事情。”現(xiàn)在，在15名接受治療的嬰兒中，僅有8名還需要面罩幫助呼吸。
令人激動的期望
這種療法能夠在多長時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用仍不清楚。與HIV和其他用于離體基因療法的病毒不同，AAVs不會將治療基因整合到細(xì)胞的基因組中；它們會將其存儲為一種自由移動的DNA循環(huán)，這意味著當(dāng)細(xì)胞復(fù)制自身時(shí)，這些效應(yīng)就會消失。但國家兒童醫(yī)院基因治療中心主任Kevin Flanigan說，神經(jīng)元不會分裂，因此經(jīng)過治療的組織應(yīng)該持續(xù)多年產(chǎn)生SMN蛋白。
如果該基因療法的益處最終消退，SMA1患者將需要重新治療，但到時(shí)他們體內(nèi)已經(jīng)有了AAV9抗體，可能會阻礙它。但Mendell說，國家兒童醫(yī)院的研究人員正在研究對策，比如從血液中過濾抗體，或者提供特定免疫抑制藥物。
另一個(gè)距離稍遠(yuǎn)的擔(dān)心是癌癥。由Sands和其他人開展的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給大鼠大劑量的注射時(shí)，一些AAVs會將其DNA通入基因組，從而導(dǎo)致肝癌。Sands指出，科學(xué)家仍不知曉那些結(jié)果是否會與人類相關(guān)。一些基因治療專家則確信，在過去的基因治療試驗(yàn)中，數(shù)千名患者中并未出現(xiàn)肝癌。
AveXis已經(jīng)啟動了另一項(xiàng)SMA1研究，它計(jì)劃治療該病癥的較輕癥狀?，F(xiàn)在，高劑量、系統(tǒng)地輸入AAV的基因療法似乎是安全的，國家兒童醫(yī)院和其他機(jī)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)正在啟動針對其他神經(jīng)肌肉疾病的臨床試驗(yàn)，它們旨在向肌肉細(xì)胞而非神經(jīng)元輸入新基因。
對于SMA1和其他漸進(jìn)性的疾病患者來說，早期治療非常關(guān)鍵。“一旦神經(jīng)元消失后，它們就永遠(yuǎn)消失了。”紐約羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心兒科神經(jīng)學(xué)家Jonathan Mink說。
一些研究人員對這種侵入性較低的傳遞AAV9以到達(dá)足夠多腦細(xì)胞的新方法仍持懷疑態(tài)度。其他的基因治療專家則希望能夠找到新的AAV載體，甚至能夠更好地穿過血腦屏障。
SMA1研究讓Evelyn的父母擁有一個(gè)會跳舞的小女孩，因?yàn)檫@項(xiàng)研究而激動的基因治療專家熱切地期望了解是否有同樣的策略可以挽救更多患有嚴(yán)重遺傳疾病的兒童。若如此，基因療法在醫(yī)學(xué)“兵工廠”的地位將會得到肯定。Wilson說：“這不是一次微小的提升。它是一個(gè)革命性的變化，它是我們一直期望基因療法所能夠?qū)崿F(xiàn)的。”
來源：科學(xué)網(wǎng)