腺相关病毒(Adeno-associated virus, AAV)作为一种安全有效的基因递送载体，在临床试验中的研究日益广泛。为了进一步了解AAV临床试验的进度与分布，以及对其安全性和有效性的考量因素，本期为大家解析临床试验综述——Gene Therapy Advances: A Meta-Analysis of AAV Usage in Clinical Settings。文章分析了截止至2021年4月26日的136项AAV药物临床试验：首先这项研究揭示了新型AAV在不同疾病领域的研发现状；其次分析了AAV给药剂量对临床研究的安全性和有效性的影响；最后对各种免疫调节策略和基因编辑方法进行了有效性分析。通过对AAV临床试验的分布、进度、剂量、安全性等因素的综合分析，以期指导未来的研究，并加速AAV介导的基因疗法在临床中的发展。

1.AAV管线临床研究分布

在136项临床试验中有75%的试验仍处于早期阶段（1期或1/2期）。试验主要集中在血液疾病、中枢神经系统疾病、眼部疾病、溶酶体贮积症和神经肌肉疾病五大治疗领域，其中，眼部疾病疾病领域占比最大（34%），有30项试验均涉及将AAV载体单次输注至视网膜。血液疾病的AAV基因治疗包括两种主要出血性疾病，即血友病A和B，分别由凝血因子Ⅷ（FⅧ）和Ⅸ（FⅨ）缺乏引起，所有针对血液疾病的试验都是单次静脉(Ⅳ)给药。

根据核心治疗功能的特点将基因治疗方法分为四类：基因替代、基因增补、基因沉默和基因编辑。其中，绝大部分试验采用基因替代（＞70%）和基因增补（＞20%）方法，只有3项基因沉默和3项基因编辑试验。

 

图1 AAV基因治疗在临床试验中的分布

A：临床试验阶段；B：治疗领域；C：基因治疗方法。BD：血液疾病；CNS：中枢神经系统疾病；ED：眼部疾病；LSD：溶酶体贮积症；NMD：神经肌肉疾病。

 

2.AAV载体设计

在136项临床试验中共涉及17种不同的AAV血清型和27种启动子。AAV2是最常用的血清型（占比30%），主要用于治疗眼部疾病和中枢神经系统疾病。AAV8在血液疾病中的应用占比最高，AAV9主要用于溶酶体贮积症。AAV1和AAV9主要用于神经肌肉疾病，且在其他疾病领域中的应用分布相对均匀。

在各治疗领域中，眼部疾病使用新型血清型的比例最高（27%），其次是血液疾病（22%）。在眼部疾病治疗领域共涉及六种不同的血清型，半数以上是天然AAV2血清型，有2种新型血清型由AAV2血清型衍生而来，即AAV2tYF和AAV2.7m8。AAV2tYF已被证明能在视网膜细胞中驱动更强、更广泛的转基因表达。AAV2.7m8是一种工程衣壳，已被证明可高效感染视网膜细胞。

在溶酶体贮积症治疗领域最常用的是天然血清型AAV9、AAV8和AAVrh.10，以及两种新型血清型AAVS3和4D-C102。AAVS3是经过设计改造的血清型，在转导肝细胞方面具有极高的效率。4D-C102是经过定向进化筛选出来的新型肌肉特异性变种，相较于AAV1、AAV8和AAV9，在小鼠的心脏和肝脏细胞中显示出优越的基因传递能力和较低的免疫原性。目前，正应用于法布里病的临床试验中。

在中枢神经系统疾病治疗领域中最常用的为天然血清型，半数以上是天然AAV2血清型。唯一使用的新型载体是AAV/Olig001，可直接靶向大脑中的少突胶质细胞。

 

图2 AAV血清型在临床试验中的使用情况

A：所有临床试验中AAV血清型的总体使用情况；B：不同治疗领域的AAV血清型使用情况。BD：血液疾病；CNS：中枢神经系统疾病；ED：眼部疾病；LSD：溶酶体贮积症；NMD：神经肌肉疾病。

 

从106项披露了启动子数据的临床试验中分析发现，CBA、CMV、CAG等广谱启动子备受青睐。在溶酶体贮积症和眼部疾病治疗领域最常用的是CAG，而在神经肌肉疾病和其他疾病领域常用的是CMV。在血液疾病中组织特异性启动子的使用比例最高（95%）。在中枢神经系统疾病领域常使用广谱启动子CMV和CAG。有趣的是，与CMV和CAG相比，另外两个启动子mPGK和hSYN在大脑和脊髓中显示出更强的转基因表达能力，但是它们在临床上的研究进展缓慢。眼部疾病领域的启动子多样性最高，其中一半具有组织特异性启动子，靶向光感受器或视网膜色素上皮(RPE)。

 

图3 AAV启动子在临床试验中的使用情况

A：所有临床试验中AAV启动子的总体使用情况；B：不同治疗领域的AAV启动子使用情况。BD：血液疾病；CNS：中枢神经系统疾病；ED：眼部疾病；LSD：溶酶体贮积症；NMD：神经肌肉疾病。

3.给药剂量

总体而言，系统性给药的剂量要高于靶向给药。靶向给药的最大剂量为7.5×10¹⁵vg，而系统性给药的剂量可达到1.5×10¹⁷vg。至于最小剂量，靶向给药可低至5.8×10⁹vg，而系统性给药至少需要3.5×10¹³vg。可以看出，两种给药途径所使用的剂量范围较大，表明有效剂量仍然难以确定。总体而言，62%的临床试验项目系统性给药的剂量在10¹⁴-10¹⁶vg之间，而54%的临床试验项目靶向给药的剂量在10¹¹-10¹³vg之间。

 

图4 临床试验中的AAV给药剂量情况

A：系统性给药剂量范围；B：系统性给药不同剂量的占比情况；C：靶向给药剂量范围；D：靶向给药不容剂量的占比情况。

 

4.中和抗体

为避免免疫介导的毒性反应，临床研究通常会排除针对AAV衣壳存在中和抗体（Neutralising antibodies, NAbs）的患者。45%的试验排除了存在NAbs的患者，这可能是为了避免它们阻断同一血清型AAV的有效转导。然而，不同治疗领域之间差异较大。近90%的血液疾病试验排除了存在NAbs的患者，而只有不到10%的眼部疾病试验和21%的中枢神经系统试验排除了这类患者。这表明NAbs在系统性给药方面比靶向给药更值得关注，特别是在受血脑屏障保护的组织中。

5.免疫抑制

免疫调节机制旨在防止由T细胞介导的对AAV的免疫反应。尽管38%的研究表明可能使用免疫抑制剂，但它们在试验中的记录并不详细，大多数免疫抑制剂都被称为系统给药或口服皮质类固醇、类固醇或糖皮质激素。45%的试验还排除了目前正在接受(慢性)免疫抑制治疗、免疫治疗或患有免疫抑制疾病的患者。尽管免疫抑制的确切使用情况及其对临床结果的影响大多未知，但由于记录不佳和结果未公布，38%是一个相对较高的数字，这意味着免疫抑制在预防抗AAV免疫原性方面可能有一定的价值。

 

图5 在临床试验中避免AAV载体诱导的免疫原性的策略

A：按治疗领域排除NAb患者的临床试验占比；B：报告以下情况的试验百分比：(1)研究期间可能使用类固醇；(2)排除已存在AAV中和抗体的患者；(3)排除免疫抑制患者。BD：血液疾病；CNS：中枢神经系统疾病；ED：眼部疾病；LSD：溶酶体贮积症；NMD：神经肌肉疾病。

虽然AAV在临床前研究中被广泛研究，但将其转化为人类临床应用的可能性相对有限。这项研究总结了目前的主要方法，并确定了在使用AAV进行基因治疗时面临的一些挑战。目前临床研究中最具潜力的AAV血清型都是从天然来源中分离出来的。开发新衣壳蛋白的策略不断演变，其中主要策略为天然发现、理性设计和定向进化这3类。选择合适的衣壳和启动子是改善靶向细胞转导和表达的第一步，这对于确定给药剂量具有重要意义。剂量过低可能导致转导效率低下，而剂量过高则可能导致传递和转导相关的毒性。因此，达到治疗意义所需的最小剂量是最安全、最理想的。使用人类AAV衣壳的一个缺陷是大部分人由于在一生中受到过AAV的感染，导致他们体内携带针对AAV衣壳的抗体，这严重影响了临床疗效。根据所揭示的趋势和暴露出的问题，未来的研究应重点关注根据剂量依赖性毒性和疗效研究制定最佳给药方案，特别是在非人灵长类动物中的研究。通过合理设计和定向进化改造得到的新衣壳变体将提高转导效率，降低所有治疗领域的免疫原性，这对系统性给药尤为重要。目前，大多数试验都使用的是可能限制临床效果的AAV2衣壳，因此这对于CNS药物的开发尤为重要。同样，选择适当的启动子对于基因治疗的成功至关重要。未来，还亟需建立关于纳入/排除具有NAbs的病患以及在临床试验中使用免疫抑制剂的指南。

 

原文链接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmed.2021.809118/full

【注】文中所有图片均来源于此文献：

Au HKE, Isalan M, Mielcarek M. Gene Therapy Advances: A Meta-Analysis of AAV Usage in Clinical Settings. Front Med (Lausanne). 2022 Feb 9;8:809118. doi: 10.3389/fmed.2021.809118.