AAV基因治疗在心血管疾病中的应用

10月6日，Voyager Therapeutics宣布与辉瑞达成协议，辉瑞将利用Voyager的AAV衣壳平台开发针对神经系统和心血管疾病的基因疗法，Voyager将因此获得3000万美元预付款和高达5.8亿美元的开发、监管和商业里程金。随着基因治疗研究热度迅速提升，AAV载体技术在基因治疗领域的应用也愈发成熟，涌现出了一批诸如Voyager Therapeutics的新企业，而各大跨国制药巨头也纷纷开始布局这一领域。

截止到今年，全球获批上市及进入临床试验的rAAV基因治疗产品已有上百种，在Clinical Trials官网上进行搜索，全球共有270个AAV相关的临床试验。2021年6月28日，中国首个临床阶段的眼科rAAV体内基因治疗药物NR082（用于ND4线粒体基因突变引起的Leber遗传性视神经病变）的第一阶段临床试验在中国完成首例患者入组及给药，表明AAV体内基因治疗产品的研发进入了快车道。

为什么AAV载体技术拥有这样的潜力呢？那还要从AAV病毒本身说起。

AAV的基因组及特性
AAV（adeno-associated virus），即腺相关病毒，其基因组为4.7kb左右的单链DNA片段，包含于直径20nm的正二十面体非包膜病毒衣壳中。AAV的基因组分为三个功能模块：两个开放阅读框（Cap基因、Rep基因）、末端反向重复序列（ITR）、Rep基因编码病毒复制所需的四种蛋白质。它们以其分子量命名：Rep78、Rep68、Rep52和Rep40。

Cap基因通过不同起始密码子的可变剪接和翻译，编码三个衣壳蛋白，分别是VP1、VP2和VP3。衣壳蛋白序列的不同使得AAV产生了不同的血清型，不同血清型的AAV可以与不同细胞的表面受体结合，从而产生不同的组织靶向性，从而为AAV作为载体靶向不同组织提供了可能。
 

图1. AAV病毒结构示意图^[8]。

通过对AAV进行工程化改造，科学家已经制造出了适合用于细胞转染的重组AAV载体（rAAV，即recombinant AAV）。rAAV由与野生型AAV中相同的衣壳序列和结构组成，但是不同之处在于，rAAV包装的基因组删除了全部AAV蛋白编码序列，并且添加治疗性基因表达盒。唯一的病毒来源序列是ITR，它们是在载体生产过程中指导基因组复制和包装所必需的。病毒编码序列的完全去除使rAAV的包装能力最大化，并且有助于它们在体内递送时的低免疫原性和细胞毒性。
 

图2. 野生AAV和rAAV的基因组结构^[10]。
 

相比于其他工具病毒，AAV具有多方面的优势，使其成为了目前最广泛应用的体内基因治疗病毒载体：
1. 安全性好：迄今从未发现野生型AAV对人体致病（80%的人感染过AAV）,而重组AAV去除了野生型AAV基因组的96%，进一步保证了安全性；
2. 表达稳定： 在基本不分裂的细胞，AAV可长期稳定地表达外源基因；
3. 靶向性强：有较强的靶向性，可对特定的器官组织进行特异性转染；
4. 宿主范围广：不仅可转导分裂细胞，而且可转导静止期细胞；
5. 物理性质稳定：rAAV即使在六十摄氏度下也不能被灭活，而且能抗氯仿。

AAV在心血管疾病中的应用
目前rAAV体内基因治疗的临床应用主要集中在罕见病、眼科疾病、代谢疾病、心血管疾病和神经系统疾病等领域，今天主要介绍其在心血管疾病中的应用。

全球正在开展的rAAV在心血管疾病中的临床试验主要集中在以下几个适应症，相关公司的产品布局如下表。
 

表1. 心血管疾病AAV基因治疗临床进展。

1//心力衰竭
全球现在共有六个针对心力衰竭的rAAV基因治疗正在开展临床试验，针对慢性心力衰竭、收缩性心力衰竭、充血性心力衰竭三种心力衰竭。

这六个临床试验都是通过rAAV向心脏组织递送SERCA2a基因。钙循环异常是所有类型的心力衰竭的一个共同特征，SERCA2a在维持心脏的钙循环方面发挥着核心的作用，在心力衰竭患者中SERCA2a的表达下降，通过恢复SERCA2a的表达量，可以改善心脏功能。

2//  心肌病
缺血性心肌病（ischemic cardiomyopathy，ICM）是指由于长期心肌缺血导致心肌局限性或弥漫性纤维化，从而使心脏收缩和（或）舒张功能受损，引起心脏扩大或僵硬、充血性心力衰竭、心律失常等一系列临床表现的临床综合征。

全球现在共有三项临床试验正在针对rAAV治疗心肌病开展研究，也主要是通过递送SERCA2a来实现。

3//  纯合子家族性高胆固醇血症
家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia，FH）是由低密度脂蛋白胆固醇LDL-C分解代谢的关键基因之一发生突变所引起的一种遗传性疾病。

目前全球共有两项临床研究是针对家族性高胆固醇血症的，通过递送正确的低密度脂蛋白受体基因（LDLR，Low Density Lipoprotein Receptor）来发挥作用，LDLR在胆固醇的正常代谢和运输中发挥着重要作用。

4//  达农病
达农病（Danon Disease），是一种X连锁显性遗传病。患者由于溶酶体相关膜蛋白2（LAMP2）基因突变，导致骨骼肌和心肌减弱，以致多器官障碍，最终因严重心力衰竭死亡。

去年3月，加州大学圣地亚哥医学院的研究人员在《Science Translational Medicine》上发表文章，他们首先构建了敲除LAMP2基因的小鼠模型，然后通过rAAV9将LAMP2B基因递送到小鼠全身，全身注射AAV9.LAMP2B可以恢复小鼠多个器官的蛋白表达，改善代谢异常和心脏功能，并提高存活率。这一结果表明，基因治疗递送LAMP2B可能是治疗达农病患者的治疗选择，相关的临床试验已经在开展。

AAV在疾病应用中的挑战

虽然AAV在代谢类及心血管疾病的治疗中有着广泛的潜力，但也具有一定的局限性需引起我们的关注：
1. 容纳基因片段过小：只能装在5.0kb以下的基因，而很多基因远大于5.0kb；
2. 表达不够持久：由于rAAV不会整合至宿主基因组，因此转染后会在有丝分裂中逐渐丧失；
3. 免疫障碍：一是很多人体内已经有AAV中和抗体。二是rAAV蛋白衣壳、基因组的蛋白质产物可以在多个阶段与宿主免疫系统相互作用，对有效基因递送和持久基因表达构成障碍。

小结
rAAV病毒作为目前体内基因治疗的首选载体，具有着多方面的优势，目前已经有三款产品在欧美获批上市，分别应用于神经疾病、眼科疾病等领域，而心血管领域目前欧美尚未批准任何rAAV产品上市，但有大量临床试验在做临床研究上的探索，相信在不远的将来陆续会有产品获批上市，为代谢相关难治性疾病的治疗提供希望。