Science：另辟蹊径，第一次找到了用于人脑基因治疗的新的基因传递载体

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员设计了一种基因传递载体，利用一种人类蛋白质有效地穿过血脑屏障，将一种与疾病相关的基因传递到表达这种人类蛋白质的小鼠的大脑中，这是朝着更有效地治疗脑部疾病迈出的重要一步。由于这种载体与血脑屏障中一种经过充分研究的蛋白质结合，科学家们说它很有可能在病人身上起作用。

　　

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员设计了一种基因传递载体，利用一种人类蛋白质有效地穿过血脑屏障，将一种与疾病相关的基因传递到表达这种人类蛋白质的老鼠的大脑中，这是朝着更有效地治疗脑部疾病迈出的重要一步。由于这种载体与血脑屏障中一种经过充分研究的蛋白质结合，科学家们说它很有可能在病人身上起作用。

基因疗法有可能治疗一系列严重的遗传性脑部疾病，这些疾病目前没有治愈方法，治疗选择也很少。但是，fda批准的最常用的用于包装和运送这些治疗药物到靶细胞的载体，腺相关病毒(aav)，不能有效地高水平穿过血脑屏障并运送治疗货物。这道屏障是一种高度选择性的膜，将血液与大脑分离开来，几十年来，通过这道屏障进行治疗的巨大挑战一直阻碍着更安全、更有效的脑部疾病基因疗法的发展。

现在，Ben Deverman实验室的研究人员已经设计出了第一个已发表的以人类蛋白质为靶标的AAV，该AAV可以到达人源化小鼠的大脑。德弗曼是Broad研究所的科学家和载体工程高级主任。AAV与人转铁蛋白受体结合，在人血脑屏障中高度表达。在《科学》杂志上发表的一项新研究中，研究小组表明，当将他们的AAV注射到表达人源化转铁蛋白受体的小鼠血液中时，其进入大脑的水平远高于fda批准的用于中枢神经系统基因治疗的AAV9。它还到达了很大一部分重要类型的脑细胞，包括神经元和星形胶质细胞。研究人员随后表明，他们的AAV可以将GBA1基因的拷贝传递到整个大脑的大部分细胞中。GBA1基因与戈谢氏病、路易体痴呆和帕金森病有关。

科学家们补充说，他们的新AAV可能是治疗由单一基因突变引起的神经发育障碍的更好选择，如Rett综合征或SHANK3缺乏症;溶酶体贮积性疾病，如gba1缺乏症;以及神经退行性疾病，如亨廷顿氏病、朊病毒病、弗里德赖希共济失调症，以及单基因形式的ALS和帕金森病。

该研究的资深作者Deverman说:“自从我们来到Broad，我们一直专注于为中枢神经系统提供基因治疗的使命。”“如果这种AAV的作用像我们在小鼠研究中认为的那样，它将比目前的选择有效得多。”

“这些aav有可能改变很多病人的生活，”Ken Chan说，他是论文的第一作者之一，也是德弗曼小组的组长，近十年来一直致力于解决中枢神经系统基因传递的问题。

第一个机制

多年来，研究人员通过准备大量的AAV库并在动物身上进行测试来开发特定应用的AAV，以确定最佳候选者。但即使这种方法成功了，候选者通常也不会在其他物种中起作用，而且这种方法也不能提供有关aav如何达到目标的信息。这使得使用这些aav的基因疗法很难从动物转化到人类。

为了找到一种更有可能到达人类大脑的运载工具，Deverman团队转向了一种不同的方法。他们使用了去年发表的一种方法，该方法包括在试管中筛选aav库，以寻找与特定人类蛋白质结合的aav。然后，他们在细胞和小鼠中测试最有希望的候选蛋白，这些细胞和小鼠已被修饰以表达这种蛋白质。

作为他们的目标，研究人员选择了人类转铁蛋白受体，它长期以来一直是旨在到达大脑的基于抗体的疗法的目标。有证据表明，其中几种疗法可以作用于人类大脑。

该团队的筛选技术鉴定出一种名为BI-hTFR1的AAV，它与人类转铁蛋白受体结合，进入人类脑细胞，并绕过人类细胞模型的血脑屏障。

“我们从体内筛选中学到了很多东西，但很难找到跨物种有效的aav，”该研究的第一作者之一、德弗曼实验室的高级研究科学家Qin Huang补充说，他帮助开发了寻找结合特定蛋白质目标的aav的筛选方法。“找到一种利用人类受体起作用的药物是向前迈出的一大步。”

在培养皿之外

为了在动物身上测试aav，研究人员用小鼠做实验，在小鼠身上编码转铁蛋白受体的基因被人类的等效物取代。研究小组将aav注射到成年小鼠的血液中，发现与没有人类转铁蛋白受体基因的小鼠相比，成年小鼠大脑和脊髓中的aav水平显著提高，这表明受体正在积极地将aav运送到血脑屏障中。

AAVs在脑组织中的积累量也比AAV9高40-50倍，AAV9是fda批准的一种治疗婴儿脊髓性肌萎缩症的药物，但在向成人大脑输送货物方面效率相对较低。新的aav覆盖了大脑不同区域71%的神经元和92%的星形胶质细胞。

在研究科学家Jason Wu的领导下，Deverman的团队还使用aav来传递人类GBA1基因的健康副本，该基因在几种神经系统疾病中发生突变。在小鼠中，新的aav传递的GBA1基因拷贝数是AAV9的30倍，并且传递到整个大脑。

该团队表示，新的aav是基因治疗的理想选择，因为它们针对人类蛋白质，并且使用可扩展的制造方法具有与AAV9相似的生产和纯化产量。由Deverman共同创立的生物技术公司Apertura Gene Therapy已经在开发利用aav靶向中枢神经系统的新疗法。

随着进一步的发展，科学家们认为有可能提高他们的aav向中枢神经系统的基因传递效率，减少它们在肝脏中的积累，并避免一些患者被抗体灭活。

Sonia Vallabh 和Eric Minikel,布罗德研究所的两位研究人员，他们正在开发朊病毒疾病的治疗方法，他们对aav在人类大脑治疗方面的潜力感到兴奋。

“当我们考虑对像朊病毒病这样的全脑疾病进行基因治疗时，你需要真正的系统传递和广泛的生物分布，才能实现任何目标，”Minikel说。“自然发生的aav不会给你带来任何好处。这种工程衣壳开辟了一个充满可能性的世界。”