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NEJM重磅:開天闢地!將存活率從8%提高到100%,基因治療終迎來革命性突破 | 臨床大發現


- 2018年1月06日16時53分
- 科學文摘 / 科學出版社

科學出版社

「這是最好的時代,這是最壞的時代;這是智慧的時代,這是愚蠢的時代……」從奇點糕第一次翻開《雙城記》到現在,一晃快十年了。雖然狄更斯的話到現在也許仍然放之四海而皆準,但對於基因治療來說,現在的確是個最好的時代,已有多種基因療法正式獲批,為眾多患者帶來福音。

而對於不幸罹患遺傳病的孩童們來說,基因療法帶來的,就是生與死的差別,至少對美國小姑娘Evelyn

Villarreal是這樣的。由於1型脊髓性肌萎縮症(SMA),Villarreal家的第一個女兒Josephine在1歲3個月大時就撒手人寰,Evelyn出生後不久也被確診患上同樣的疾病。脊髓性肌萎縮症是最常見也最致命的遺傳病之一<1>,即使進行治療,絕大多數患兒也活不過20個月<2>,Evelyn的父母絕望之情可想而知。


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Evelyn是個幸運兒,她已經可以和父母嬉戲了

Evelyn出生在2014年底,那時世界上根本沒有特效藥物用來治療脊髓性肌萎縮症,這是父母的愛也無法改變的殘酷事實。但在瘋狂的網絡搜索中,Evelyn的父母發現了一項正在招募受試者的臨床試驗,他們報了名。在Evelyn8個月大時,她接受了基因治療<3>。

而現在,原本被認為活不過兩歲的Evelyn雖然不能像正常孩子一樣跑跑跳跳,但卻幾乎完全健康地生活著,時常爬到媽媽的腿上嬉戲。而且不止是她,參與這項臨床試驗的全部15名患兒都活過了兩歲!這不僅是屬於Evelyn一家的奇蹟,也是基因治療在遺傳病領域目前最為重大的突破之一!這項臨床試驗的結果登上了今天《新英格蘭醫學雜誌》的頭條<4>。

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注射器一推,病毒給基因缺陷的細胞帶來了及時雨


SMA此前被視為無藥可醫的遺傳病,雖然發病率約為萬分之一,但以中國每年出生1500萬新生兒計算,這就相當於1500份直接發下的死刑判決書。「戰爭不是死去了數萬人,而是死去了一個人這種事,發生了數萬次。」對與病魔抗爭的患兒和父母來說,這句話同樣適用,而2016年的第一屆中國SMA大會上發布的《中國SMA患者分析報告》指出,國內目前的SMA患兒預計有3-5萬名。奇點糕很難想像,患兒父母得知自己的孩子被認定活不到兩歲時的心情,這樣的痛苦,恐怕無論如何都不能感同身受。

SMA患者體內,一種名為SMN的蛋白質因編碼基因SMN-1的功能缺失而異常,而SMN蛋白對運動神經元的存活至關重要。沒了這種蛋白,神經元無法正常工作,就導致了肌無力,肌肉遲緩、萎縮,呼吸肌麻痹等多種症狀的出現。針對這種機制,百健和Ionis製藥聯合開發的新藥Spinraza於2016年12月獲得FDA正式批准上市,SMA治療專用藥的空白才終於被填補。

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Spinraza目前仍是SMA患者治療的唯一專用藥物

Spinraza的誕生中有著華人科學家的智慧,蘇州大學教授華益民在開發中有著重要貢獻,是相關專利的3位共同發明人之一<5>。臨床試驗結果顯示,這款新藥通過對SMN-2基因的功能進行強化,增加SMN蛋白的數量,從而緩解疾病症狀,使SMA患兒的死亡風險顯著下降<6>。但Spinraza仍然不能實現對SMA的根治,其高昂的價格(第一年花費為75萬美元<7>)也讓很多患兒家庭望而卻步。

在這個基因治療的時代,既然SMA的發病與明確的基因缺陷有關,科學家們就決定從根本上解決問題。俄亥俄州立大學教授Brian Kasper的團隊在利用腺相關病毒載體(AAV)進行基因治療上進行了長期的探索,發現在腺相關病毒中,AAV9型可穿過戒備森嚴的血腦屏障進入大腦,將攜帶的SMN基因傳遞給神經系統細胞,從而在動物模型上實現了對SMA症狀的治療效果<8-9>。

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救命的基因乘上病毒載體的客船,去往遠方

但是這種療法卻面對著一個巨大的問題:病毒畢竟不是智能機器人,被注射到血液之後,它們並不會定向行動,而會播散向全身各處,只有不到1%會進入大腦<10>,因此如果想達到足夠的治療效果,注射的腺相關病毒量要達到此前基因療法用量的100倍以上!

就算對病毒進行了滅活處理,它仍然還是一種病原體,治療時會不會使患兒產生強烈的炎症反應?基於病毒載體的基因治療在18年前就曾導致過悲劇,一名參加臨床試驗的18歲少年因為強烈免疫反應而死,這一領域曾經的明星科學家Jim

Wilson也因此一夜淪為罪人。不過在悲劇後,Wilson教授沒有放棄,他頑強地尋找著更加合適的病毒載體,最終他發現的120餘種病毒載體有不少得到了業內認可,本次試驗使用的AAV9最早就是出自他的實驗室<8>。

雖然靈長類動物試驗體現了良好的安全性,FDA和相關部門也批准了試驗,但2014年Kasper教授團隊在全美兒童醫院開始本次I期人體試驗時,基因治療界所有人的目光幾乎都匯聚在此。悲劇會不會重演?

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首位死於基因治療的少年Jesse Gelsinger(左)和當時試驗的領導者,賓夕法尼亞大學Jim Wilson教授(右)

第一位接受低劑量基因治療的小女孩就把研究人員們嚇出了一身冷汗,進行治療注射後,她的谷丙轉氨酶(ALT)和穀草轉氨酶(AST)分別飆升到了正常水平的31倍和14倍,其他肝功能的指標也大多出現了明顯異常,試驗領導者,全美兒童醫院的Jerry

Mendell博士因此一夜都輾轉反側難以入眠。好在使用糖皮質激素抗炎處理後,小女孩的肝功能指標回落到了正常水平,此後兩名出現類似表現的患兒也無大礙。

I期臨床試驗是藥物或療法步入臨床的第一步,其目的往往是評估安全性和耐受程度,為後續試驗確定合適的劑量,這也是本次試驗最初的設計目標。但很快研究人員們就發現,接受基因治療的孩子們肌肉無力、遲緩等症狀明顯改善,效果遠遠超出了預期。

用一組數據來說明基因治療的傑出療效吧:截至今年8月,接受治療的所有15名患兒生存期都跨過了20個月大關,而此前的研究顯示能活到20個月的SMA患兒只有8%<2>;15名患兒中只有8名需要面罩輔助呼吸;接受高劑量(低劑量3倍)基因治療的12名患兒中,11名都可獨立坐起至少5秒鐘,正常吞咽進食,而除了Evelyn之外,還有一名小男孩Matteo也實現了獨立走路,Matteo甚至能短暫跑動!這對於SMA患兒來說是難以想像的,此前由於缺乏特效療法,他們大多只能終日躺下,靠呼吸機等手段維持生命。Mendell博士表示:「我從來沒見過基因治療能在一種致命疾病上取得如此好的效果。」

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15名患兒生存期與SMA患者整體生存率的對照,基因治療效果明顯更好

相較於已獲批的Spinraza,腺相關病毒載體基因治療的另一項巨大優勢,則是理想狀態下只需一次注射就可實現治療,而Spinraza則需在維持治療階段每4個月進行再次注射。本次試驗的結果也顯示,基因治療的安全性相當良好,患兒出現的不良事件基本僅限於轉氨酶水平升高和呼吸系統疾病,並無危及生命的危險狀況。

當然,也有科學家對基因治療的長期效果表示了懷疑,畢竟本次試驗的隨訪時間到目前為止也只有兩年多,還無法對基因治療的長期效果提前下斷言。但獲得該療法開發權的生物製藥公司AveXis已經開始了另一項針對SMA的臨床試驗,若試驗成功,這種已被命名為AVXS-101,在去年獲得FDA突破性療法資格認定<11>的基因療法就將踏上步入臨床的快車道。

而且,科學家們已經在探索更加高效的基因治療載體。加州理工學院研究人員2016年在《自然-生物技術》上發表的研究成果顯示,一種被稱為AAV-PHP.B的新型腺相關病毒在進入中樞神經系統傳遞基因方面的效率是現有AAV9的40倍<12>!有了這麼強大的作用平台,基因治療就能進一步大顯神威了。

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這也許真的是屬於基因治療的時代

如果進一步的研究和試驗證明了該療法的長期可行性和普適性,基因治療將開啟一個全新的時代,因為已有眾多的遺傳病被明確了大腦內的相關基因,而AAV9載體則是首個在臨床試驗中對中樞神經系統投遞基因效果如此之好的載體,使用極大的病毒量取得治療成功也是史無前例的。而且,由於AVXS-101基因療法的靶點是神經元,因此補充的基因不會因為細胞分裂而作用逐漸減弱,應當可以維持多年的效力。

這對從事基因治療的科學家們來說無疑是個好消息。由於副作用嚴重,此前獲得歐盟批准用於脂蛋白酯酶缺乏遺傳病的天價基因藥物Glybera已於一周前退市,但本次的試驗成果無疑是一針強心劑,北卡羅來納大學的基因研究專家Steven Gray就表示:「人們將來回顧這次試驗時,會把它看做一個里程碑,這標誌著基因治療將可以用於眾多疾病。」

接受奇點網採訪時,開發了首個SMA藥物Spinraza的華益民教授說:「基因治療效果確實很好,但是也存在一些風險。首先,有些患者會有一定的副作用;另外,雖然AAV病毒整合到基因組能力極低,但也有一定比例,存在致病風險。Sprinraza和基因治療將是未來治療SMA的兩種主要方法。」

「這次試驗不是稍有提高,而是變革性的改變。這就是我們一直希望的基因治療的樣子。」對Jim Wilson教授的話,奇點糕完全同意。

參考資料:

1.Lunn M R, Wang C H. Spinal muscular atrophy. The Lancet, 2008, 371(9630): 2120-2133.

2.Finkel R S, McDermott M P, Kaufmann P, et al. Observational study of spinal muscular atrophy type I and implications for clinical trials. Neurology, 2014, 83(9): 810-817.

3.http://www.sciencemag.org/news/2017/11/gene-therapy-s-new-hope-neuron-targeting-virus-saving-infant-lives

4.http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1706198

6.http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1702752


7.http://www.npr.org/sections/health-shots/2017/08/01/540100976/drug-puts-a-750-000-price-tag-on-life

8.Foust K D, Nurre E, Montgomery C L, et al. Intravascular AAV9 preferentially targets neonatal neurons and adult astrocytes. Nature biotechnology, 2009, 27(1): 59-65.

9.Foust K D, Wang X, McGovern V L, et al. Rescue of the spinal muscular atrophy phenotype in a mouse model by early postnatal delivery of SMN. Nature biotechnology, 2010, 28(3):

271-274.

10.Gray S J, Matagne V, Bachaboina L, et al. Preclinical differences of intravascular AAV9 delivery to neurons and glia: a comparative study of adult mice and nonhuman primates. Molecular

Therapy, 2011, 19(6): 1058-1069.

11.http://www.nationwidechildrens.org/news-room-articles/phase-1-study-shows-encouraging-data-for-gene-replacement-therapy-for-spinal-muscular-atrophy-type-1?contentid=165924

12. Deverman B E, Pravdo P L, Simpson B P, et al. Cre-dependent selection yields AAV variants for widespread gene transfer to the adult brain. Nature biotechnology, 2016, 34(2):

204-209.

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2017高技術發展報告

中國科學院 編

責任編輯:侯俊琳 鄒聰 程 鳳

北京:科學出版社 2017.09

ISBN 978-7-03-053782-9

《高技術發展報告》自2000年起開始發布,全面關注「信息技術」「生物技術」「材料與能源技術」及「航空航天和海洋技術」四大領域,每年聚焦一個領域,4年一個周期。《2017高技術發展報告》的主題是生物技術。報告綜述2016年高技術發展動態,著重介紹生物技術及其產業化新進展,分析評價中國醫藥製造業國際競爭力和創新能力,探討基因編輯、科學同行爭議等社會普遍關注的重大問題,邀請國內知名專家就高新區轉型發展、軍民融合創新等重大問題提出政策建議。報告有助於政府部門和社會公眾了解高技術,特別是生物技術發展及產業化冬天,理解高技術對社會的影響。

(本期編輯:王芳)

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