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安全腦靶向基因療法的曙光:發(fā)現(xiàn)病毒載體通過血腦屏障所需的結(jié)構(gòu)

摘要:基因療法有望徹底改變許多疾病的治療方式,包括ALS等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但是傳遞治療基因的小病毒在高劑量時可能會有不良副作用。

基因療法研究最新進(jìn)展:發(fā)現(xiàn)基因療法的病毒載體通過血腦屏障所需的結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)是8個緊密排列的一組氨基酸,是較低劑量腦部和脊柱疾病基因治療的關(guān)鍵因素。該結(jié)構(gòu)有利于高選擇性腦部基因療法研發(fā),也有利于肝臟毒性的降低。

基因療法有望徹底改變許多疾病的治療方式,包括ALS等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但是傳遞治療基因的小病毒在高劑量時可能會有不良副作用。那病毒又是如何通過血腦屏障,最近北卡羅來納大學(xué)(UNC)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)病毒從血液進(jìn)入大腦所依靠的結(jié)構(gòu),這也是基因療法能以較低劑量治療大腦和脊柱疾病的關(guān)鍵因素。
 
“這些病毒有效地進(jìn)入大腦的結(jié)構(gòu)“footprint”的發(fā)現(xiàn),可以幫助設(shè)計潛在更安全的腦靶向基因療法。”研究作者AravindAsokan博士說道。該研究已發(fā)表于《MolecularTherapy》的2月期刊上,主要針對腺相關(guān)病毒(AAV),基因治療中常用的病毒載體。我們被處在自然形態(tài)下的這些小病毒感染,通常不會引發(fā)疾病。因此基因治療中,科學(xué)家們移除大部分AAV基因組,用治療性基因物質(zhì)取代它,然后拷貝數(shù)萬億份,注入患者體內(nèi)。
 
原則上,科學(xué)家可以修飾AAV感染某些特定的細(xì)胞而不影響其他,從而將其集中在最需要的地方。但是大多數(shù)AAV不容易從血液進(jìn)入大腦。與其他病毒一樣,它們往往被緊密連接大腦毛細(xì)血管的細(xì)胞即血腦屏障阻斷。為了在腦部達(dá)到治療效果,有時必須使用高劑量的AAV,這就提高了劑量依賴毒性的可能。
 
對于這項(xiàng)研究,Albright、Asokan和他的同事們試圖分離出使AAV更容易穿過血腦屏障的特征。他們從兩種已知的AAV開始,一種不能有效穿過血腦屏障,而另一種可以。他們通過讓著兩種AAV一個到另外一個交換短DNA片段,創(chuàng)建一個小型AAV變種庫。然后他們在小鼠身上測試這些變種通過血腦屏障的能力。
 
通過這種方式,他們在病毒包被上分離出了一組氨基酸。這僅包括8個緊密排列的氨基酸,卻賦予病毒有效跨越血腦屏障的能力。Albright說:將這種結(jié)構(gòu)footprint移植到另一種AAV菌株上,從而使它們更容易進(jìn)入大腦。”
 
該發(fā)現(xiàn)表明,其他針對大腦或脊髓的基因療法所用的AAV,也可以通過與此相同或相似的一組氨基酸來改善。這有利于更有效地通過血腦屏障,因此原則上只需要較小劑量來就可達(dá)到治療神經(jīng)系統(tǒng)類疾病的效果。
 
較低AAV劑量本身就意味著更小的副作用。但這項(xiàng)研究另一最大的意義在于,UNC的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了另一潛在安全利益:與其親本毒株相比,含有此關(guān)鍵氨基酸組的AAV變體,不太可能進(jìn)入其他非腦細(xì)胞,包括肝細(xì)胞,因此可以降低肝毒性。當(dāng)需要高劑量時,短暫的肝毒性是基因治療中的一個重要問題。Asokan說到:“我們還發(fā)現(xiàn),含有這組關(guān)鍵氨基酸footprint的AAV變體會優(yōu)先進(jìn)入神經(jīng)元,而不是其他的腦細(xì)胞。這對設(shè)計針對大腦的基因療法尤其有用。”
 
針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基因療法,目前大部分處于臨床前或者臨床研究中,包括治療ALS、亨廷頓舞蹈病、脊髓性肌萎縮癥、弗里德里希共濟(jì)失調(diào),還有其他疾病。這組AAV氨基酸如何使病毒通過血腦屏障的具體分子機(jī)制還未破解,而又如何讓這種血腦屏障通過所依賴的結(jié)構(gòu)因物種而異,相信UNC研究人員將會繼續(xù)研究給大家答疑。我們期待這方面跟多的進(jìn)展來推動神經(jīng)系統(tǒng)性疾病的研究。
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