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AAV基因治疗：重新定义基因疗法的未来
2023年06月08日
来源：赛业生物
作者：校审 李意祥
责任编辑：lascn
摘要：基因治疗（Gene Therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，从而达到治疗疾病的目的。一直以来，传统大/小分子药物主要针对蛋白靶点发挥作用，这也使得其适应症有限，特别对于基因因素占据主要发病原因的遗传性疾病，无法有效发挥治疗效果。而这类基因相关疾病的患病人群其实并不小，例如罕见病，全球患者已高达3.5个亿，而80%的罕见病是单基因遗传病。
基因治疗是一项前沿的医学技术，在多年的发展中，已经取得了许多重要的进展。然而，在现有的基因治疗技术中，仍然存在一些挑战和限制，例如短暂性的表达、免疫反应和安全性问题等。而AAV基因治疗正是针对这些问题而发展的一种新兴技术，它的出现有望重新定义基因疗法的未来。
基因治疗（Gene Therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，从而达到治疗疾病的目的。一直以来，传统大/小分子药物主要针对蛋白靶点发挥作用，这也使得其适应症有限，特别对于基因因素占据主要发病原因的遗传性疾病，无法有效发挥治疗效果。而这类基因相关疾病的患病人群其实并不小，例如罕见病，全球患者已高达3.5个亿，而80%的罕见病是单基因遗传病。
表1 几种治疗方式的对比
对于这些基因性疾病，目前的治疗方式有限，基本都是从改善症状的角度进行治疗，即治标不治本，患者的病症仍会不断进展并严重影响生活质量，甚至最终导致死亡。在此背景下，基因治疗应运而生，其可从根本病因上来治疗疾病，虽然基因治疗在20年前就有相关的临床应用案例，但其真正得到广泛研究和临床试验是从近几年开始。
基因治疗常用载体
基因载体，又称基因逆送载体，是将外源目的基因（或治疗性基因）导入宿主细胞进行表达，以研究基因功能或治疗疾病的工具，主要应用于细胞与基因治疗（Cell and Gene Therapy, CGT）、生物科研、生物制药、转基因食品等领域。
基因治疗通常可分为在体基因治疗和离体基因治疗。其中，在体治疗主要是将带有治疗基因的非病毒或病毒载体，如常用的腺相关病毒（Adeno-Associated Virus，AAV），直接递送到患者体内；而离体治疗则是在体外将治疗基因导入患者的细胞（常使用慢病毒LV），扩增后回输至患者体内。相比于离体治疗，在体治疗的方式对基因递送工具——即载体的要求更高。
在体基因治疗和离体基因治疗[1]
基因递送工具的选择是基因治疗中关键的一环，药物最终在人体发挥药效，很大程度取决于稳定、高效的递送系统。目前，基因治疗常用的载体包括病毒载体和非病毒载体，其中病毒载体由于其宿主范围广，作用时间长，在基因治疗研究中应用越来越广泛，可以进行编码基因或非编码基因的过表达、干扰、敲除和内源性激活等操作。
基因载体分类
目前病毒载体中，常用的是AAV、AD、RV和LV四种，其中AAV因其具有较好的组织特异性、低免疫原性及高安全性，是目前在体基因治疗应用最广泛的递送载体。
表2 常用工具病毒特征对比病毒载体各类指标对比
腺相关病毒（AAV）
腺相关病毒（Adeno-Associated Virus）是一种无法自主复制、无包膜单链DNA病毒。具有以下几种优点：
安全性高：AAV病毒在人体繁殖的过程中不会导致疾病，且对人体产生的免疫反应较小，因此AAV基因治疗的安全性更高。
表达时间长：AAV病毒携带的基因可以在人体细胞内表达数年，从而实现长期治疗的目的。
应用范围广：AAV基因治疗可以用于改善和治疗多种不同类型的遗传性疾病。
目前，基因治疗临床试验采用的主要为重组腺相关病毒载体（rAAv）。它由非致病的野生型AAV基础上改造而成，只保留了两个反向末端重复序列（ITRs）将原基因组替换为目的基因，最大化携带目的基因的容量，并降低其免疫原性和细胞毒性。
野生型与重组型AAV基因组结构示意图[2]
纯化后的AAV病毒载体可以用于感染细胞，感染细胞时，AAV衣壳蛋白与细胞表面特异性受体结合，激活胞内信号通路，进而触发AAV通过受体介导的内吞作用进入细胞，在核内体、高尔基体等细胞器的协助下进入细胞核，而衣壳蛋白会被蛋白酶体降解。
AAV病毒载体一旦进入细胞核，就会脱壳并释放其单链基因组，并将其转化为双链DNA模板，在双链DNA模板上进行转基因的转录和翻译，从而实现目的基因的表达。
AAV载体转录过程
（图片来源：Uresearch：全球CGT基因载体行业市场研究报告（2022-2026））
AAV感染宿主细胞过程[3]
不同血消型的AAV具有不同的组织靶向特异性，目前已发现AAV有13种亚型近200多种变型，并逐步用于基因药物研发。AAV进入细胞的过程依赖于细胞表面糖基化受体识别AAV衣壳蛋白，因此AAV衣壳蛋白决定了其组织靶向的特异性。通过修饰、突变AAV的衣壳蛋白序列产生新的组织倾向性的AAV血清型，目前已发现AAV有13种天然血清亚型（AAV1-13），近200多种变型，每一种具有不同的组织趋向性，可靶向不同的组织。目前临床常用的有AAV2、AAV5、AAV8和AAV9等。
表3 不同血清型AAV的组织靶向特异性
AAV基因治疗前景
近年来，AAV基因治疗在临床和研究上取得了显著的进展，包括应用领域不断拓展、治疗效果的不断提升、治疗方案的不断创新等方面，被认为是基因治疗发展的重要方向之一。
从临床试验来看，以AAV为载体的基因治疗主要靶向眼部、大脑、肌肉和肝脏。一些研究表明，AAV基因治疗可以有效地治疗一些常见的遗传性疾病，同时AAV基因治疗在肝病、视网膜疾病、免疫疗法等领域也有着广泛的应用。它有望为治疗一些目前无法治愈的遗传性疾病带来新的希望。随着技术的不断创新和进步，相信AAV基因治疗将能够在未来重新定义基因疗法的未来。
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