一种新的基因传递载体可以使基因治疗肌肉疾病更安全、更有效

研究人员已经开发了一种新的腺相关病毒(AAVs)家族——基因治疗的基因传递主力——它改善了肌肉组织的靶向性，对肌肉疾病患者可能更安全、更有效。

　　

   

   

研究人员设计了一种用于基因治疗的基因穿梭病毒，以更低的剂量更好地针对肌肉组织

来源:麻省理工学院和哈佛大学博德学院

遗传性肌肉疾病会导致渐进性肌肉萎缩，经常导致早期死亡，治疗选择很少，也无法治愈。一些基因疗法利用一种无害的病毒将致病基因的功能副本传递给细胞，在临床试验中显示出了治疗肌肉营养不良的希望，但也面临挑战。需要高剂量的携带基因的病毒才能到达全身的肌肉，而在这些试验中使用的病毒往往在肝脏而不是肌肉中结束。在一些试验参与者中，这导致了肝脏中病毒的高水平，严重的副作用，甚至死亡。

麻省理工和哈佛大学的研究人员和哈佛大学已经开发出一种新的家庭的腺相关病毒（AAVs）以改善肌肉组织的目标，更安全、更有效。这组被研究人员称为MyoAAV的病毒载体到达肌肉的效率是目前临床试验中使用的病毒载体的10倍以上，并且在很大程度上避开了肝脏。该团队表明，由于这种效率的提高，MyoAAV可以用比其他研究和试验中使用的其他病毒载体低100到250倍的剂量来传递治疗性基因，潜在地降低肝脏损伤和其他严重副作用的风险。

在发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项研究中，哈佛大学博德学院的研究科学家谢里夫·塔伯德巴(Sharif Tabebordbar)和合作者描述了他们如何修改AAV的外蛋白外壳，即衣壳，以创建MyoAAV。他们使用了一种名为“利用转基因RNA体内表达的AAV衣壳定向进化”(DELIVER)的方法。

利用MyoAAV，研究人员将治疗性基因或CRISPR-Cas9基因编辑系统专门用于肌肉细胞。他们改善了杜氏肌营养不良小鼠模型的肌肉功能，杜氏肌营养不良是最常见的遗传性肌肉疾病，还有一种更罕见的疾病，称为X-连锁肌管肌病。研究人员还发现，MyoAAV可以有效地将基因疗法传递到非人灵长类动物的肌肉和人类肌肉细胞。

这些发现是Tabebordbar10年工作的成果。Tabebordbar是这项研究的第一作者，他的职业生涯一直致力于寻找治疗遗传性肌肉疾病的更好的基因疗法。当塔伯巴十几岁时，他的父亲开始行走困难，最终不得不坐轮椅。他后来被诊断出患有一种罕见的遗传性肌肉疾病。

“我看着我爸爸一天比一天糟糕。作为一个家族一起做事情是一个巨大的挑战——遗传性疾病不仅是患者的负担，也是家庭的负担。我想:这对病人太不公平了，一定有办法解决这个问题。这是我在基因治疗领域工作10年以来的动力，”Tabebordbar说。

“有很多衣壳工程研究，我们从中学到很多，但我们在这里做的是非常全面的。我们进化出了一个衣壳家族，发现了它传递基因的机制，表明了这种机制在物种之间是保守的，并表明我们可以用极低剂量的病毒在动物模型中提供治疗效果。现在，我们对如何利用它来为患者开发有效的药物感到非常兴奋，”Tabebordbar说。

瞄准肌肉

基因治疗领域在恢复一系列遗传疾病的功能失调性基因的功能副本方面取得了重大进展。将功能良好的基因传递到肌肉细胞中，已经显示出治疗肌肉疾病的希望，但一直存在挑战。

“过去15年来，科学家们一直在进行体内基因治疗的临床前工作，并取得了巨大进展。我们知道，如果你将足够的药物注入目标组织，它将是有效的。这一切都是为了提供安全剂量的病毒。”

Tabebordbar和他的团队从AAV9开始，这是一种基因治疗中常用的基因传递载体，并使用DELIVER来提高其将基因传输到肌肉细胞的能力。

研究人员首先通过在暴露在病毒表面并与细胞结合的AAV衣壳部分添加随机氨基酸串，生成了数百万种不同的AAV衣壳。然后，他们将衣壳注射到老鼠和非人类灵长类动物体内，并对全身肌肉组织进行取样和测序，以寻找成功传递基因的衣壳。他们发现了一个衣壳变种家族——MyoAAV——具有独特的表面结构，专门针对肌肉细胞，并将MyoAAV用于下一步:尝试在动物模型中治疗遗传性肌肉疾病。

“我们的方法是独特的，因为我们筛选了大量的衣壳，并使用了非常严格的选择标准。我们想要找到一种衣壳，它不仅可以物理地进入细胞，而且还可以通过不同的转导步骤来表达它们的转基因，”Tabebordbar说。

小鼠基因修复

在杜氏肌营养不良的小鼠模型中，与携带CRISPR-Cas9的传统AAV9相比，携带CRISPR-Cas9的MyoAAV导致肌肉组织中功能失调基因dystrophin更广泛的修复。用MyoAAV治疗的动物的肌肉也显示出更大的力量和功能。

在与波士顿儿童医院的Alan Beggs实验室的合作中，研究小组发现MyoAAV在治疗小鼠的X-连锁肌管肌病(XLMTM)方面也很有效，这种疾病在这些动物中大约10周后就会致命。在接受了比目前临床试验中使用的少100倍的病毒后，研究中使用MyoAAV治疗的所有6只小鼠都活得和正常小鼠一样长，而使用AAV9治疗的小鼠只能活到21周龄。

为非人灵长类动物设计的MyoAAV也能将基因传递到这些动物的肌肉中，其效率远远高于目前临床试验中使用的自然衣壳。MyoAAV还在实验室成功地将基因导入人类细胞。不同的MyoAAV衣壳使用了类似的机制将基因传递到小鼠和人类肌肉细胞，这表明MyoAAV可以用于跨物种的有效肌肉定向基因传递。

“所有这些结果都证明了MyoAAV载体对肌肉的广泛适用性。这些载体在不同的疾病模型和不同的年龄、品系和物种中发挥作用，这证明了AAV家族的稳健性，”该研究的联合高级作者、哈佛大学干细胞与再生生物学系教授兼联合主席Amy Wagers说。“我们有大量关于这类载体的信息，该领域可以从中开展许多令人兴奋的新研究。”

文章检索：

Journal

Cell

DOI

10.1016/j.cell.2021.08.028