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一文带你看遍当今的基因治疗(系列三)时间:2018-07-10

截止到2017年底,基因治疗临床试验大部分处于I期或I/II期,占所有基因治疗试验的77.7%。II期试验占总试验的17.1%,II/III期和III期仅占全部试验的4.8%。II期、II/III期和III期的试验比例随着时间的推移而持续增长(分别为2017年的21.9%、2012的21.2%、2007的15%),表明基因治疗正逐步接近常规临床应用。

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基因治疗的目标疾病

迄今为止,绝大多数(76.1%)的基因治疗临床试验着力于解决癌症(65%)和遗传性单基因疾病(11.1%)(图1),后者在基因治疗方面取得了迄今为止最大的成就。尽管针对心血管疾病的试验自2004以来就超过了单基因疾病的试验,但在最常见的适应症(6.9%)中仅排名第四,这是由于针对传染病的试验的数量增加(7%)。


图1.基因治疗临床试验的适应症分布

肿瘤的基因治疗

迄今为止,大多数基因治疗的临床试验都是针对癌症的治疗(总基因治疗试验数量的65%,基本与2012一致)。许多不同的癌症都已成为基因治疗攻克的目标,包括肺,妇科,皮肤,泌尿系统,神经和胃肠肿瘤,以及血液系统恶性肿瘤和儿科肿瘤。从插入肿瘤抑制基因,免疫治疗到溶瘤病毒治疗和基因导向的酶促药物治疗,一系列的策略已被应用于治疗癌症。使用T细胞在临床上治疗淋巴和髓样白血病,从最初的报告至今不到十年的时间,已经显示出令人印象深刻的结果。


p53基因是迄今为止最常被转移的肿瘤抑制基因,虽然其他如细胞色素P450和BRCA 1已经用于癌症试验。也有一些临床试验结合了p53的基因转移与化疗或放疗。癌症的免疫治疗旨在增强肿瘤宿主体内肿瘤抗原的正常弱的和/或细胞反应。不同的策略都在临床中使用,包括用表达免疫刺激分子的肿瘤细胞接种,用编码肿瘤抗原的重组病毒载体接种疫苗,用宿主细胞接种疫苗,工程细胞表达肿瘤抗原或肿瘤衍生的RNA,裸DNA疫苗和肿瘤内注射编码细胞因子或主要组织相容性分子的载体。值得注意的是,由人类乳头状瘤病毒引起的宫颈发育不良(高级别鳞状上皮内病变)的临床试验与DNA疫苗VGX - 3100均处于临床试验的高级阶段(临床III期,NCT03185013)。溶瘤病毒治疗利用特异性病毒肿瘤细胞中的靶向和复制,导致细胞裂解,从而杀死感染的肿瘤。用于这种方法的病毒可以天然溶瘤,或由最初的非溶瘤病毒改造而来。溶瘤病毒的作用还可以刺激抗肿瘤免疫应答,并且在某些情况下,这些病毒被改造为编码免疫刺激细胞因子以增强这种能力。2015年,第一个溶瘤病毒Imlygic?由安进公司市场化,被FDA批准用于治疗黑色素瘤。而最常见的是,单纯疱疹病毒胸苷激酶被用于将无毒的前药更昔洛韦转化为细胞毒性的三磷酸更昔洛韦。

单基因遗传病的基因治疗

通过基因治疗治疗单基因疾病是通过将功能基因稳定地转移到分裂的干细胞中来纠正紊乱,并确保校正的持久性,现在已经列出了一套单基因疾病的靶向(表1)。现在已经确定了287个遗传性单基因病的临床试验,其中16.3%针对的是原发性免疫缺陷病。这是一组疾病,基因疗法在临床上显示了持久、明确的疗效。囊性纤维化是欧洲和美国最常见的遗传性缩短的遗传病,也是基因治疗临床试验中第二常见的适应症(12.5%)。囊性纤维化患者的平均预期寿命不到40年,使得这种疾病成为基因治疗的首要目标。






表1.基因治疗临床试验的适应症

心血管疾病的基因治疗

心血管基因治疗是基因治疗的第四个最流行的应用,占整体临床试验数量的6.9%(2012为8.4%,比率有所下降)。基因治疗将为治疗血管生成、心肌保护、再生和修复、预防血管成形术后再狭窄、防止旁路移植失败和风险因素管理提供新的途径。迄今为止,大多数心血管基因治疗试验已经解决了治疗性血管生成的问题,以增加血液流向缺血组织。冠状动脉疾病导致的心肌缺血和外周动脉疾病导致的下肢缺血,作为两种主要类型的缺血性疾病,在研的临床试验数目基本相同。成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子家族已被广泛应用,少数试验使用了血小板衍生生长因子以治疗糖尿病微血管疾病引起的足部溃疡。在13个试验中了使用低氧诱导因子作为刺激血管生成的触发因子。

其它疾病的基因治疗

针对传染性疾病,已有182例临床试验,占总试验数目的7.0%。HIV感染是这一类别的主要目标(69.2%),但针对乙型肝炎和丙型肝炎的试验(11%,20试验),疟疾(7.1%,13试验),爱泼斯坦-巴尔病毒和巨细胞病毒(五个试验),儿科呼吸道感染(五个试验),肺结核(三个试验),呼吸道合胞病毒(三个试验),流感(两个试验),腺病毒感染(两个试验)和破伤风梭菌感染(一个试验)也已在进行。HIV感染是这一类别的主要目标(69.2%),但针对乙型肝炎和丙型肝炎的试验(11%,20试验),疟疾(7.1%,13试验),爱泼斯坦-巴尔病毒和巨细胞病毒病(5试验),儿科呼吸道感染(5试验),肺结核(3试验),呼吸道合胞病毒(3试验)、流感(2试验)、腺病毒感染(2试验)和破伤风梭菌感染(1试验)。神经系统疾病也被基因治疗靶向治疗,有47个登记的I期、I/II和II期试验,针对各种疾病如肌萎缩侧索硬化、多发性硬化、异染性白质营养不良和ALD、粘多糖症IIA和IIIB,神经系统并发症、糖尿病、阿尔茨海默病和帕金森病。基因治疗的炎症性疾病包括类风湿性关节炎、炎性和变性性(骨性)关节炎和溃疡性结肠炎。最后,对于其他疾病,包括慢性肾脏疾病、消除移植物抗宿主病、花生过敏和骨折等,都有少量或单次试验。

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转移至人体的基因

人类基因治疗试验中使用了大量的基因类型(图2),我们无法对每种基因逐一讨论。一如预期,最频繁转移的基因类型(抗原、细胞因子、肿瘤抑制因子和自杀酶)是主要用于对抗癌症(最常见的通过基因治疗治疗的疾病)。这些类别占47.5%的试验,但应该注意到,病原体特异性抗原也被应用于在疫苗的开发中。7.0%的试验转移的是生长因子的基因,这些试验主要针对的是心血管疾病。8.5%的试验中使用的是缺失的基因,而11.6%的试验中使用的是受体基因,这也是癌症基因治疗中最常使用的基因。后者的比例在2013年时仅为7.2%,这与CAR-T疗法的增加有关。标记基因在2.1%的试验中被转移,而3.7%的试验使用复制抑制剂来靶向HIV感染。在2%的试验中,转移的是溶瘤病毒(而不是特异性治疗基因)目在于破坏癌细胞。为了阻断靶基因的表达,1.1%的试验涉及反义或短干扰RNA的转移。


图2.基因治疗临床试验中涉及的基因类型


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细胞和基因治疗的融合

一个值得注意的变化是自2012年以来,基因和细胞治疗正逐渐融合,这一趋势能够在普遍的基因治疗协会的更名中得到明显的反应。高桥和山崎在十多年前发现体细胞能够通过转录因子的以为表达重编程至多能性的状态,这一里程碑式的发现,成为了基因和细胞治疗的有力工具,通过开发患者专属的治疗方案,有可能掀起再生医学领域革命性的变化。这些细胞,称为IPS,与胚胎干细胞(ES)细胞在形态和生长特性上非常相似,并已证明能够表达ES细胞标记。

然而,干细胞治疗仍处于起步阶段,类似于20年前的基因治疗领域。虽然重要的问题仍然需要解决,但使用干细胞治疗视网膜变性、心力衰竭、糖尿病和脊髓损伤的临床试验正在进行中。这些试验中的大多数都使用了从人类多能干细胞分化的细胞,而日本已经有一项临床试验开始使用IPS细胞治疗湿性老年性黄斑变性。由于安全问题和日本再生医学法规的变化,这项试验在第二名患者的治疗前被搁置。据报道,RIKEN已经恢复了使用IPS衍生的视网膜色素上皮细胞的世界首例试验,表明治疗后1年仍具有良好的安全性。尽管体细胞重编程与基因治疗结合治疗疾病的原理已经存在,但对于未来的无限可能性,更全面地了解IPS细胞的发育潜力和质量并建立其体内的安全性档案,特别是在肿瘤形成方面,仍待进一步研究。主要的研究工作仍在进行,形成谱系特异性分化方案从而获得体内分化的真正的天然细胞类型。


图3.基因治疗临床试验中常用的载体


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未来的挑战

随着基因治疗的接连获批,国内多家企业进行CAR-T的临床申报,基因治疗治愈人类疾病的能力现在已成为现实,甚至已有国际患者进入国内接受基因治疗的成功案例。

但目前,许多潜在的表型和病理生理过程可能符合这种令人兴奋的治疗方法但超出了现有技术的范围。获得有效基因传递的能力曾经被描述为“基因治疗的致命弱点”,尽管基因转移技术有了很大的改进,但改造足够多的细胞以获得治疗效益仍然限制了从临床前模型到临床甚至临床标准护理的过程。

基因治疗的全球进展从根本上取决于深厚的基础和完善的临床前研究,再加上反复的人类临床试验。不需要的宿主-载体相互作用,如针对载体和编码的转基因产物的免疫应答,也必须被更好地理解和避免。防止细胞介导的基因校正细胞被破坏的替代策略包括调节免疫系统,使用工程载体来逃避衣壳特异性免疫应答或短暂免疫抑制。后者已成功用于血友病B的临床试验中,以限制肝细胞毒性并保持转基因因子Ⅸ的表达,尤其是在治疗早期。

随着越来越多的治疗成功报道的出现和对基因治疗技术投资快速发展,还需要考虑与产品的制造和商业化相关的因素。如何获得大规模、高质量的基因转移载体被认为是制约基因治疗临床化的限速步骤,新工艺和新载体的出现有望帮助克服这一难题。关于病毒载体的大规模制备,我们期待像五加和这样的公司能够给出更好的方案。还有一个重要的关注点在于基因治疗的疾病目标通常是罕见病,因此它们一般不是制药工业的焦点,但同时基因治疗也为“一次治疗,终身治愈”提供了可能,这就导致了对这种疗法应当如何定价以及企业如何获得足以覆盖基因治疗产品走向市场的巨额成本的盈利,以及那些不成功的投资的讨论。此外,临床定制疗法例如CAR-T细胞的实用性也需要考虑。现在的CAR-T细胞疗法依赖于从患者本人身上采集T细胞再进行体外修饰和扩增,需要专门的团队和适当的生产设施,为了满足这种突破性治疗的增加,细胞培养和病毒扩增的能力都正在增长。为了促进病毒介导的基因转移的临床应用,在尽可能高的滴度要求下,细胞的生产必须具有可扩展性、可重复性,载体也要能够量产。解决这些实际操作和后勤上的挑战,重点在于解决这些基因修饰细胞的冷冻储存和运输问题。这将允许对患者细胞的操作集于一处,保证整体试验方案的一致性,并最终使全球范围内的患者都能在基因治疗中获益。

Ginn S L, Alexander I E, Edelstein M L, et al. Gene therapy clinical trials worldwide to 2012 – an update[J]. Journal of Gene Medicine, 2013, 15(2):65.


本文转自五加和分子医学

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