想了解细胞产品及试剂相关内容,请点击这里进入OriCell网站
  • 从困境到方案,眼科基因治疗解决方案,助力眼科新药临床开发!

AAV基因治疗在心血管疾病中的应用

AAV基因治疗

10月6日,Voyager Therapeutics宣布与辉瑞达成协议,辉瑞将利用Voyager的AAV衣壳平台开发针对神经系统和心血管疾病的基因疗法,Voyager将因此获得3000万美元预付款和高达5.8亿美元的开发、监管和商业里程金。随着基因治疗研究热度迅速提升,AAV载体技术在基因治疗领域的应用也愈发成熟,涌现出了一批诸如Voyager Therapeutics的新企业,而各大跨国制药巨头也纷纷开始布局这一领域。

 

截止到今年,全球获批上市及进入临床试验的rAAV基因治疗产品已有上百种,在Clinical Trials官网上进行搜索,全球共有270个AAV相关的临床试验。2021年6月28日,中国首个临床阶段的眼科rAAV体内基因治疗药物NR082(用于ND4线粒体基因突变引起的Leber遗传性视神经病变)的第一阶段临床试验在中国完成首例患者入组及给药,表明AAV体内基因治疗产品的研发进入了快车道。

 

为什么AAV载体技术拥有这样的潜力呢?那还要从AAV病毒本身说起。

 

AAV的基因组及特性

 

AAV(adeno-associated virus),即腺相关病毒,其基因组为4.7kb左右的单链DNA片段,包含于直径20nm的正二十面体非包膜病毒衣壳中。AAV的基因组分为三个功能模块:两个开放阅读框(Cap基因、Rep基因)、末端反向重复序列(ITR)、Rep基因编码病毒复制所需的四种蛋白质。它们以其分子量命名:Rep78、Rep68、Rep52和Rep40。

 

Cap基因通过不同起始密码子的可变剪接和翻译,编码三个衣壳蛋白,分别是VP1、VP2和VP3。衣壳蛋白序列的不同使得AAV产生了不同的血清型,不同血清型的AAV可以与不同细胞的表面受体结合,从而产生不同的组织靶向性,从而为AAV作为载体靶向不同组织提供了可能。

AAV基因治疗

图1. AAV病毒结构示意图[8]

 

通过对AAV进行工程化改造,科学家已经制造出了适合用于细胞转染的重组AAV载体(rAAV,即recombinant AAV)。rAAV由与野生型AAV中相同的衣壳序列和结构组成,但是不同之处在于,rAAV包装的基因组删除了全部AAV蛋白编码序列,并且添加治疗性基因表达盒。唯一的病毒来源序列是ITR,它们是在载体生产过程中指导基因组复制和包装所必需的。病毒编码序列的完全去除使rAAV的包装能力最大化,并且有助于它们在体内递送时的低免疫原性和细胞毒性。

AAV基因治疗

图2. 野生AAV和rAAV的基因组结构[10]

 

相比于其他工具病毒,AAV具有多方面的优势,使其成为了目前最广泛应用的体内基因治疗病毒载体:

1. 安全性好:迄今从未发现野生型AAV对人体致病(80%的人感染过AAV),而重组AAV去除了野生型AAV基因组的96%,进一步保证了安全性;

 

2. 表达稳定: 在基本不分裂的细胞,AAV可长期稳定地表达外源基因;

 

3. 靶向性强:有较强的靶向性,可对特定的器官组织进行特异性转染;

 

4. 宿主范围广:不仅可转导分裂细胞,而且可转导静止期细胞;

 

5. 物理性质稳定:rAAV即使在六十摄氏度下也不能被灭活,而且能抗氯仿。

 

AAV在心血管疾病中的应用

 

目前rAAV体内基因治疗的临床应用主要集中在罕见病、眼科疾病、代谢疾病、心血管疾病和神经系统疾病等领域,今天主要介绍其在心血管疾病中的应用。

 

全球正在开展的rAAV在心血管疾病中的临床试验主要集中在以下几个适应症,相关公司的产品布局如下表。

AAV基因治疗

表1. 心血管疾病AAV基因治疗临床进展。

 

1//心力衰竭

全球现在共有六个针对心力衰竭的rAAV基因治疗正在开展临床试验,针对慢性心力衰竭、收缩性心力衰竭、充血性心力衰竭三种心力衰竭。

 

这六个临床试验都是通过rAAV向心脏组织递送SERCA2a基因。钙循环异常是所有类型的心力衰竭的一个共同特征,SERCA2a在维持心脏的钙循环方面发挥着核心的作用,在心力衰竭患者中SERCA2a的表达下降,通过恢复SERCA2a的表达量,可以改善心脏功能。

 

2//  心肌病

缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy,ICM)是指由于长期心肌缺血导致心肌局限性或弥漫性纤维化,从而使心脏收缩和(或)舒张功能受损,引起心脏扩大或僵硬、充血性心力衰竭、心律失常等一系列临床表现的临床综合征。

 

全球现在共有三项临床试验正在针对rAAV治疗心肌病开展研究,也主要是通过递送SERCA2a来实现。

 

3//  纯合子家族性高胆固醇血症

家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia,FH)是由低密度脂蛋白胆固醇LDL-C分解代谢的关键基因之一发生突变所引起的一种遗传性疾病。

 

目前全球共有两项临床研究是针对家族性高胆固醇血症的,通过递送正确的低密度脂蛋白受体基因(LDLR,Low Density Lipoprotein Receptor)来发挥作用,LDLR在胆固醇的正常代谢和运输中发挥着重要作用。

 

4//  达农病

达农病(Danon Disease),是一种X连锁显性遗传病。患者由于溶酶体相关膜蛋白2(LAMP2)基因突变,导致骨骼肌和心肌减弱,以致多器官障碍,最终因严重心力衰竭死亡。

 

去年3月,加州大学圣地亚哥医学院的研究人员在《Science Translational Medicine》上发表文章,他们首先构建了敲除LAMP2基因的小鼠模型,然后通过rAAV9将LAMP2B基因递送到小鼠全身,全身注射AAV9.LAMP2B可以恢复小鼠多个器官的蛋白表达,改善代谢异常和心脏功能,并提高存活率。这一结果表明,基因治疗递送LAMP2B可能是治疗达农病患者的治疗选择,相关的临床试验已经在开展。

 

AAV在疾病应用中的挑战

 

虽然AAV在代谢类及心血管疾病的治疗中有着广泛的潜力,但也具有一定的局限性需引起我们的关注:

1. 容纳基因片段过小:只能装在5.0kb以下的基因,而很多基因远大于5.0kb;

 

2. 表达不够持久:由于rAAV不会整合至宿主基因组,因此转染后会在有丝分裂中逐渐丧失;

 

3. 免疫障碍:一是很多人体内已经有AAV中和抗体。二是rAAV蛋白衣壳、基因组的蛋白质产物可以在多个阶段与宿主免疫系统相互作用,对有效基因递送和持久基因表达构成障碍。

 

小结

rAAV病毒作为目前体内基因治疗的首选载体,具有着多方面的优势,目前已经有三款产品在欧美获批上市,分别应用于神经疾病、眼科疾病等领域,而心血管领域目前欧美尚未批准任何rAAV产品上市,但有大量临床试验在做临床研究上的探索,相信在不远的将来陆续会有产品获批上市,为代谢相关难治性疾病的治疗提供希望。

 

赛业生物基因治疗一站式解决方案

赛业生物作为一家综合解决方案提供商,建立了多位一体的基因治疗创新性CRO平台服务网络。在过去十余年,赛业生物积累了大量的基因信息数据,在模式动物持续的深耕也让我们在基因编辑技术方面一直走在行业前沿,结合赛业生物在人工智能领域的深度探索,我们可提供高效的基因功能解析与基因治疗一站式解决方案。可为从事基因治疗的研究者提供更高效的基因功能解析与基因治疗一站式解决方案,包括靶点筛选与功能研究,动物模型构建和病毒载体如AAV、LV、ADV等设计与包装,以及表型分析等全流程服务。

AAV基因治疗

参考文献:

1. https://clinicaltrials.gov/
2. https://www.fda.gov/
3. https://www.ema.europa.eu/

4. Nguyen GN, Everett JK, Kafle S, Roche AM, Raymond HE, Leiby J, Wood C, Assenmacher CA, Merricks EP, Long CT, Kazazian HH, Nichols TC, Bushman FD, Sabatino DE. A long-term study of AAV gene therapy in dogs with hemophilia A identifies clonal expansions of transduced liver cells. Nat Biotechnol. 2021 Jan;39(1):47-55. doi: 10.1038/s41587-020-0741-7. Epub 2020 Nov 16. PMID: 33199875; PMCID: PMC7855056.

 

5. Shi H, Xue T, Yang Y, Jiang C, Huang S, Yang Q, Lei D, You Z, Jin T, Wu F, Zhao Q, Ye X. Microneedle-mediated gene delivery for the treatment of ischemic myocardial disease. Sci Adv. 2020 Jun 17;6(25):eaaz3621. doi: 10.1126/sciadv.aaz3621. PMID: 32596444; PMCID: PMC7299628.

 

6. Hammoudi N, Ishikawa K, Hajjar RJ. Adeno-associated virus-mediated gene therapy in cardiovascular disease. Curr Opin Cardiol. 2015 May;30(3):228-34. doi: 10.1097/HCO.0000000000000159. PMID: 25783685; PMCID: PMC4417622.

 

7. Cao G, Xuan X, Zhang R, Hu J, Dong H. Gene Therapy for Cardiovascular Disease: Basic Research and Clinical Prospects. Front Cardiovasc Med. 2021 Nov 5;8:760140. doi: 10.3389/fcvm.2021.760140. PMID: 34805315; PMCID: PMC8602679.

 

8. Lugin ML, Lee RT, Kwon YJ. Synthetically Engineered Adeno-Associated Virus for Efficient, Safe, and Versatile Gene Therapy Applications. ACS Nano. 2020 Nov 24;14(11):14262-14283. doi: 10.1021/acsnano.0c03850. Epub 2020 Oct 19. PMID: 33073995.

 

9. Wang D, Tai PWL, Gao G. Adeno-associated virus vector as a platform for gene therapy delivery. Nat Rev Drug Discov. 2019 May;18(5):358-378. doi: 10.1038/s41573-019-0012-9. PMID: 30710128; PMCID: PMC6927556.

 

10. Balakrishnan B, Jayandharan GR. Basic biology of adeno-associated virus (AAV) vectors used in gene therapy. Curr Gene Ther. 2014;14(2):86-100. doi: 10.2174/1566523214666140302193709. PMID: 24588706.

 

11. Bera A, Sen D. Promise of adeno-associated virus as a gene therapy vector for cardiovascular diseases. Heart Fail Rev. 2017 Nov;22(6):795-823. doi: 10.1007/s10741-017-9622-7. PMID: 28589503.

 

关于赛业

赛业生物科技集团是一家基于模式动物药物研发的国际化创新性CRO平台。依托于品系丰富的基因编辑小鼠资源库、高效且智能化的模式动物定制平台、药物筛选评价小鼠模型平台、一站式小动物表型分析平台、一站式无菌鼠技术服务平台及先进的细胞技术服务平台,建立了多位一体的创新性CRO平台服务网络,以服务于肿瘤、免疫、代谢、内分泌、心血管、神经及传染病等方向的科学研究及药物研发筛选,并与全球100多个国家和地区的数万名科学家及企事业单位建立了广泛的合作,产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的6200余篇学术论文。赛业生物已获得ISO9001:2015和AAALAC双认证,确保向广大专家学者提供的所有产品和技术服务符合国际标准的同时也表达了我们尊重动物福利和伦理,重视生物安全的负责任态度。 如有需要,欢迎后台留言或者联系我们咨询。

如果您对产品或服务有兴趣,可通过以下方式联系我们
在下方表单
填写需求描述给我们
点击页面右侧“在线咨询”
工具快速咨询
拨打免费电话:
400-680-8038
发送邮件至邮箱:
info@cyagen.com
click to refresh