脑部疾病的基因疗法

Susan 还是个孩子的时候，就首次怀疑母亲可能出了问题。母亲在做晚餐或洗碗时，杯子或盘子经常会意外掉到地上。“她会说自己‘笨手笨脚’，但她其实并不笨手笨脚，”Susan 说。“她的手部动作优美而富有魅力，我现在才意识到那是亨廷顿舞蹈症（HD）的早期症状。”

亨廷顿舞蹈症（HD）是一种遗传性疾病，会导致大脑广泛退化，并扰乱思维、行为、情绪和运动。这种疾病通常在中年开始，最初表现为情绪波动和难以集中注意力等细微变化。随着病情发展，患者会发展为痴呆症，并丧失说话或行动能力。

Susan 要求隐瞒她的姓氏以保护她的隐私，她清楚地记得得知母亲患病的那一天。那是 1982 年的春天，她的母亲因极度疲惫、频繁跌倒和不规则运动而住院。当时还没有针对该疾病的基因检测，因此她接受了一系列评估。她的神经科医生将全家人聚集到一个房间里宣布了这个消息。“他告诉我们，我们的母亲患有亨廷顿舞蹈症，”Susan 回忆道。“而且没有治疗方法，如果你们不生育，它可能会在一代人内消失。”

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这些直率的话语对 Susan 和她的兄弟姐妹的生活产生了深远的影响：她的哥哥决定永远不结婚，她的姐姐选择绝育。然而，对于 Susan 来说，这些选择都遥不可及：当她收到消息时，她已经怀孕了。

Susan 说，她和她的丈夫“无法决定什么是正确的做法”。她特别想到的是，“如果我们生下这个孩子，那么这个孩子长大后也会面临同样的决定”，她说。“这似乎太残酷了。” 最终，这对夫妇做出了令人心碎的选择，终止了妊娠。

参与亨廷顿舞蹈症的基因名为 HTT，它编码一种名为亨廷顿蛋白的蛋白质。该基因的缺陷版本会多次重复其序列的一小段——核苷酸组合 CAG。与某些遗传疾病不同，在某些遗传疾病中，一个人只有拥有两个缺陷基因副本才会患病，而仅一个 HTT 突变副本就足以导致亨廷顿舞蹈症，并且突变携带者有 50% 的几率将其遗传给子女。在 Susan 的母亲去世多年后，这三兄妹发现他们都遗传了这种疾病。

尽管亨廷顿舞蹈症的遗传病因自 1993 年以来已经明确，但目前尚无治疗方法可以阻止或减缓其进展。大多数其他神经退行性疾病也缺乏有效的疗法，尽管它们的遗传根源不如亨廷顿舞蹈症那样明确，但与运动神经元疾病（肌萎缩侧索硬化症，或 ALS）、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病相关的许多基因已经为人所知几十年了。现在，治疗这类疾病的潮流可能正在转变。许多研究人员对称为反义寡核苷酸（ASO）的药物寄予厚望。这些是由 DNA 或 RNA 字母组成的一小段链，旨在附着在缺陷基因产生的特定 RNA 序列上，并重新平衡它们产生的蛋白质水平——增加缺失的蛋白质或抑制缺陷蛋白质（参见“调节问题蛋白质”）。

美国食品药品监督管理局（FDA）于 2016 年批准了首个用于神经系统疾病的 ASO，此后该领域的活动呈爆炸式增长。该领域已经从过去二十年中进行的少数临床试验发展到目前正在进行的约十几个针对各种神经退行性疾病的临床试验——其中一些已经进入最后阶段。

其他 ASO 研究人员正在超越由单一突变定义的疾病，开始研究具有更复杂遗传基础的疾病。最近的进展使该领域的许多人对这项技术的未来感到乐观。加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的神经科学家 Don Cleveland 是最早研究使用 ASO 治疗神经系统疾病的科学家之一，他认为这仅仅是开始。“未来还有更多、更多，”他说。

但该领域的进展并非完全顺利。上个月底，一项大型III 期临床试验突然中止，因为该药物对患者的益处不足以抵消风险。一些研究人员长期以来一直敦促对 ASO 保持谨慎，因为它们在许多疾病中的疗效尚不清楚，而且它们的给药方式——通常是通过脊髓注射——具有侵入性。

虽然这项试验的结果令人失望，但“我不认为这是绝望的理由，”位于马里兰州贝塞斯达的美国国家神经疾病与中风研究所负责监督基因疗法的科学项目经理 Chris Boshoff 说。“我们仍然有理由对这种疗法能够取得的成就保持积极和热情。”

罕见疾病的突破

Elliot 和 Janell Lewis 的第一个孩子 Blakely 于 2011 年出生，患有罕见的遗传性神经退行性疾病，即脊髓性肌萎缩症（SMA）。SMA 患者携带 SMN1 基因的突变形式，该基因负责产生一种名为运动神经元存活蛋白（SMN）的蛋白质。由此导致的 SMN 缺乏会阻止大脑与身体进行有效沟通，导致肌肉无力和萎缩，并且随着时间的推移会恶化。SMA 有四种类型；最常见的形式 SMA1 也是最严重的。SMA1 患者通常在出生后不久出现症状，许多人活不过两岁。

Blakely 在三个月大的时候被诊断出患有 SMA。“那几乎击垮了我们，”Elliot 说。当时，没有治疗方法，Blakely 在 21 个月大时去世了。

2017 年春天，这对夫妇又生了一个女儿 Evie。Evie 也患有 SMA，但她更幸运——在她出生前几个月，FDA 批准了一种 ASO，名为 nusinersen，这是有史以来第一个改变 SMA 病情的治疗方法。Evie 在出生 12 天时接受了她的第一剂药物。

科学家们早在 1978 年就认识到 ASO 靶向 RNA 的能力，但花了数十年才证明其临床潜力。早期，毒性和效力不足等问题阻碍了进展，许多制药公司失去了兴趣。但是，位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的一家公司 Ionis Pharmaceuticals（原名 Isis Pharmaceuticals）的研究人员对药物的化学骨架进行了关键修改，提高了效力和稳定性，使 ASO 能够到达靶点而不会被降解。

导致 nusinersen 诞生的工作始于 2000 年左右，地点在纽约的冷泉港实验室，生物化学家和分子遗传学家 Adrian Krainer 在那里研究 SMN2（另一个编码 SMN 的基因）通常比其对应物 SMN1 产生更少活性蛋白质的机制。他们推断，如果他们能让 SMN2 产生更多蛋白质，就可以弥补携带该基因突变的人体内 SMN1 的不足。他们从其他人的研究中了解到，几乎在所有人中，SMN2 问题的根源在于剪接过程中的错误——RNA 链被剪切并加工成制造蛋白质的指令的过程。这会导致 SMN2 代码的一部分被跳过。

Krainer 的团队专注于与 RNA 链结合并导致片段丢失的蛋白质，希望阻止它们干扰完整 SMN 蛋白质的生成过程。2004 年，Krainer 开始与药理学家 Frank Bennett 合作，后者是 Ionis Pharmaceuticals 的创始成员之一。他们共同确定了一种 ASO，它可以与 RNA 链结合，并将该片段隐藏起来，使其免受沉默蛋白的影响，从而实现功能性 SMN 的生产。

该化合物 nusinersen 于 2011 年进入临床试验。结果非常喜人，以至于针对 SMA 婴儿的 III 期试验提前终止：接受该药物的患者比接受安慰剂的患者更有可能达到他们的运动里程碑并存活下来。

迄今为止，全球已有超过 10,000 人接受了 nusinersen（Spinraza）治疗，Ionis 于 2016 年将其授权给位于马萨诸塞州剑桥市的制药商 Biogen。该药物彻底改变了疾病的进程：出生后不久接受治疗的 SMA 婴儿不再在生命的最初几年内死亡。如今，“（与家人的）对话不再仅仅以‘我们将尽一切努力，但您的宝宝还是会死’结束，”犹他大学儿科神经科医生 Russell Butterfield 在盐湖城说道（Butterfield 收到了 Biogen 的咨询费）。“相反，对话转变为，‘我们有这种新药，它绝对令人惊叹。我们需要尽快给孩子用上’。”

Evie Lewis 现在四岁了，她每隔几个月通过腰椎穿刺接受一次 Spinraza 注射，最近她接受了第 15 次注射。尽管她仍然面临一些问题，例如必须通过饲管进食，但她能够走路、跑步和攀爬——这些都是 Blakely 从未能够做到的事情，Elliot 说。

拥挤的研发管线

继 nusinersen 成功之后，研究人员开始着手解决其他与明确定义的基因突变相关的疾病，例如亨廷顿舞蹈症。这促成了药物 tominersen 的诞生，该药物由 Ionis 开发，并授权给瑞士巴塞尔的制药公司 Roche 进行临床试验。据认为，它的作用机制是靶向正常和缺陷 HTT 基因产生的 RNA 链上的 CAG 重复序列，并标记它们以便被一种名为 RNase H1 的酶破坏。2019 年公布的 I/II 期临床试验结果显示，tominersen 降低了脑脊液中突变型亨廷顿蛋白的浓度，且未引起任何严重的副作用。

早期亨廷顿舞蹈症试验的成功引起了神经退行性疾病研究人员的关注，因为蛋白质缠结是许多此类疾病的关键特征。“对此感到非常兴奋，因为它真正打开了为其他毒性突变蛋白积累起作用的神经退行性疾病进行反义试验的大门，”伦敦大学学院的神经科医生 Sarah Tabrizi 说，她是 tominersen 的 I/II 期试验的负责人。

但 3 月底的一项意外公告给亨廷顿舞蹈症群体带来了沉重打击。一项涉及来自 18 个国家的 791 名参与者的 tominersen III 期试验，根据独立专家委员会的建议提前终止，该委员会对数据进行了计划中的审查。罗氏公司的一份声明称，没有出现新的安全问题，但该药物的潜在益处不足以抵消风险。Tabrizi 说，在更多细节公布之前，无法确定哪里出了问题。

以与 tominersen 类似方式起作用的药物仍在用于其他具有相似病因的疾病。例如，某些 ALS 病例是由过多的突变蛋白引起的，并且针对这些疾病形式的一些 ASO 正在进行临床试验。进展最快的是 tofersen，一种由 Ionis 开发的 ASO，用于治疗一种遗传性 ALS。Tofersen 目前正在Biogen 赞助的 III 期试验中进行测试。

弗吉尼亚联邦大学里士满分校的神经科医生 Claudia Testa 说，与像 nusinersen 那样促进缺失蛋白质相比，像 tominersen 和 tofersen 那样降低突变蛋白质水平会带来独特的挑战。一些降低蛋白质的策略实际上会降低蛋白质的良好和不良版本的水平。科学家们尚不清楚对相关疾病的长期影响，也不清楚这是否是 tominersen III 期试验中的问题。用于 SMA 的药物正在做一些根本不同的事情，“因此它不能预测其他疾病的疗效——这是一个痛苦的事实”，Testa 说。

为了避免这个问题，一些 ASO 的目标直接针对突变蛋白。位于马萨诸塞州剑桥市的一家生物技术公司 Wave Life Sciences 正在测试一种策略，该策略针对有时与 HTT 突变副本上的 CAG 重复序列同时发生的小突变。目的是使健康亨廷顿蛋白的水平保持相对完整。但该药物仅对携带这些突变的亨廷顿舞蹈症患者的子集有效。此外，Testa 说，只有通过一种详尽的测序方法才能识别出这种差异，而这种方法在临床上并未常规进行。（Testa 收到了 Wave Life Sciences 的咨询费。）

最近，研究人员已开始测试基于 ASO 的疗法，用于更常见的神经退行性疾病，例如帕金森病和阿尔茨海默病。绝大多数病例与特定的基因突变无关，而且这些疾病比遗传性疾病更为普遍。用于阿尔茨海默病的 ASO 旨在降低 tau 蛋白的水平，tau 蛋白会在大脑中积聚成有毒的缠结。对于帕金森病，目标是降低 α-突触核蛋白，该蛋白会聚集形成称为路易体的病理团块。

但对于此类神经退行性疾病，一个网络中的多个基因可能都参与其中，英国牛津大学的神经科医生 Kevin Talbot 说，他将参与即将进行的 ALS 的 ASO 试验。他说，尚不清楚网络中一个基因的变化将如何影响其余基因。（Talbot 曾担任 Roche 和 Biogen 的科学顾问委员会成员。）

Talbot 认为，另一个问题是，这些药物目前需要通过重复的腰椎穿刺才能到达它们在中枢神经系统中的靶点。Talbot 说，在 ASO 可以应用于更广泛的疾病之前，重要的是找到一种方法让这些药物穿过血脑屏障，从而以侵入性更小的方式给药。“在我们变得过于乐观之前，还有很多事情要做。”

身份转变

小鼠研究表明，未来的 ASO 可能在大脑中发挥更强大的作用：替换丢失的神经元。

去年，加州大学圣地亚哥分校的细胞生物学家付向东和他的同事们证明，可以使用 ASO 将称为星形胶质细胞的非神经元脑细胞转化为神经元。该团队将 ASO 注射到帕金森病小鼠大脑中神经元丢失的区域。一旦到达那里，该药物就会激活一个基因网络，促使星形胶质细胞变成神经元。在帕金森病小鼠模型中，付向东的团队发现，接受治疗的动物在某些行为方面有所改善。

参与了付向东试验的 Cleveland 一直与 Ionis 提供的 ASO 合作，以在大脑的其他部位测试这个想法。“这真的是我将投入我职业生涯剩余时间的地方，”他说。“我确信我们才刚刚开始思考这种可能性。”

这些星形胶质细胞转化 ASO 仍处于早期阶段。付向东警告说，在将这项技术应用于临床之前，需要在非人类灵长类动物身上进行测试，因为它们的 Brains 比小鼠更接近我们自己的大脑。

目前，研究人员正在热切等待 tofersen ALS III 期试验的结果，以及关于 tominersen 亨廷顿舞蹈症试验为何中止的更多信息。

Susan 是一位 60 多岁的退休护士，自 I 期以来就参与了 tominersen 试验。她说，她对这个消息感到失望，但她感谢作为参与者所受到的照顾。“我很荣幸从第一天起就参与了这项试验。现在只是耐心和审查的问题。没有其他选择，不是吗？”

本文经许可转载，并于 2021 年 4 月 6 日首次发布。