综述:基因疗法作为治疗 B 型血友病的创新方法 —— 综述

《Journal of Applied Genetics 2.0》:Gene therapy as an innovative approach to the treatment of hemophilia B—a review

【字体: 时间:2025年04月04日 来源:Journal of Applied Genetics 2.0

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  这篇综述聚焦 B 型血友病(Hemophilia B)的基因疗法。详细阐述了 B 型血友病的发病机制、传统治疗方法的局限,介绍基因疗法从早期尝试到 AAV 疗法的发展,分析其风险及未来方向,为深入了解和研究 B 型血友病基因治疗提供参考。

  

一、B 型血友病概述

B 型血友病是一种影响人体凝血系统的疾病,由肝脏中产生的凝血因子 IX(FIX)缺失或缺乏引起,这是由于编码 FIX 的基因发生突变。该基因位于 X 染色体长臂(Xq27.1) ,呈 X 连锁隐性遗传,所以男性更易患病。依据血液中凝血因子水平,可将 B 型血友病分为严重(<1 单位 / 分升(μ/dL))、中度(1 - 5μ/dL)和轻度(> 5 且 < 40μ/dL)。症状严重程度与凝血因子水平直接相关,严重患者会出现不受控制、危及生命的出血,如颅内、围手术期和创伤后出血,还会反复自发地肌肉和关节出血,可能导致关节病;中轻度患者虽不易自发 出血,但受伤后仍有出血风险。女性患者可能会出现月经过多、围产期出血和流产风险增加等症状。
目前,B 型血友病患者的标准治疗方案是使用重组或血浆源性的因子 IX 进行定期初级预防,使凝血因子水平维持在正常活性的 1% 以上,从儿童时期开始持续终生,以降低健康并发症风险,尤其是关节病的发生。不过,凝血因子的半衰期较短,需要频繁给药。为解决这一问题,人们开发出了半衰期延长的分子,通过与聚乙二醇结合或与白蛋白、IgG1 抗体的 Fc 片段融合来实现 。即便如此,治疗仍存在副作用,比如部分患者会产生多克隆同种抗体(主要是 IgG 类,也称为抑制剂),中和 FVIII 或 FIX 的活性。B 型血友病患者中,约 5% 的严重患者会产生抑制剂。若出现抑制剂,尤其是高滴度(高于 5 BU/ml)的抑制剂,会增加出血、严重关节病导致残疾和死亡的风险。对于产生抑制剂的患者,可通过免疫耐受诱导(ITI)来消除抑制剂,但 ITI 在 B 型血友病患者中的效果较差,且患者出现过敏反应和肾病综合征等副作用的可能性更高。

二、基因疗法的发展历程

基因疗法为 B 型血友病的治疗带来了新希望。过去几十年,B 型血友病的治疗发生了巨大变化。1964 年,人们在血浆冷沉淀中发现大量 FVIII,基于此开发的早期疗法,如给 B 型血友病患者输注富含 FIX 的冷沉淀和早期浓缩物,效果不佳,还存在严重污染问题,导致患者出现免疫反应。20 世纪 70 年代,治疗方式有所改进,减少了液体用量,从输注改为注射,患者可在家自行给药,开启了预防血友病症状的时代,但又出现了血栓栓塞事件和病原体污染(如丙型肝炎病毒和 HIV)等新风险 。直到 20 世纪 90 年代,随着有效血浆净化技术和先进诊断治疗方法的应用,以及基因疗法的出现,B 型血友病的治疗才取得显著进展。
基因疗法始于 20 世纪 90 年代,最初尝试使用多种载体将 FIX 转基因导入细胞,包括逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒(AAV)和质粒 DNA 载体等,并对肝脏、骨骼肌和皮肤成纤维细胞进行转导 。不过,早期的动物试验面临诸多挑战。逆转录病毒无法感染有丝分裂后的细胞;腺病毒虽能整合到宿主基因组,但会引发免疫系统的反应,导致含有转基因的感染细胞被清除,治疗效果短暂;AAV 也存在免疫原性问题,其中 AAV - 2 的免疫原性最高,59% 的人血清中存在中和抗体,AAV - 5 的血清阳性率最低,仅为 3.2% 。因此,研究人员将重点转向 AAV - 5 进行基因治疗,通过静脉注射给药。同时,也曾探索在血小板中表达 FIX 等替代方法,但未进一步发展。

三、AAV 疗法的发展

从遗传学角度来看,AAV 疗法是利用载体分子将功能性蛋白质基因(转基因)导入患者的体细胞。AAV 载体源自细小病毒科的单链非致病性 DNA 病毒,野生型 AAV(wtAAV)安全性高,对人类无致病性,免疫原性低,需要辅助病毒(如疱疹病毒)才能在宿主体内复制 。AAV 病毒基因组包含两个开放阅读框 rep 和 cap,两侧是反向末端重复序列(ITR)。rep 编码负责病毒复制的蛋白质,cap 编码构成衣壳的结构蛋白质。目前已知有 100 多种天然存在的 AAV 血清型,根据构建衣壳的蛋白质不同来区分,这些血清型决定了细胞嗜性和宿主的免疫反应 。在基因治疗中,人们对天然血清型和生物工程改造的衣壳都进行了评估。
AAV5 在临床试验中应用最为频繁,因其被抗体识别和中和的风险较低,人群中抗 AAV 中和抗体(NAB)的血清阳性率估计在 3% - 40% 之间 。研究表明,即使 B 型血友病患者体内存在循环的抗 AAV5 抗体,因子 IX 的转导依然有效且不受影响。用于治疗血友病的基因疗法使用基于重组腺病毒(rAAV)的载体,去除了野生型病毒编码序列,以降低引发针对外来病毒蛋白的细胞免疫反应的可能性 。载体中的 rep 和 cap 序列被单链转基因表达盒取代,该表达盒包含治疗基因(因子 VIII 或因子 IX)和转录调节元件(如启动子序列),以增强转基因在特定细胞(尤其是肝细胞)中的表达。表达盒两侧是回文反向末端重复序列,可实现转录。载体与肝细胞结合后,通过内吞作用进入宿主细胞,衣壳被降解,转基因释放并形成游离于宿主细胞核外的附加体 DNA,能够在非分裂细胞中稳定、长期表达转基因,且不会损伤靶细胞。随后,载体单链 DNA 的互补链合成,产生功能性凝血因子 VIII 或 IX 。例如,给 B 型血友病患者单次注射 scAAV8 - co F9 载体后,因子 IX 蛋白的稳定表达可持续超过 11 年。
基于基因疗法的 B 型血友病治疗药物 etranacogene dezaparvovec 应运而生,它包含靶向肝细胞的重组 AAV 血清型 5 载体和经过密码子优化的人因子 IX 基因(Padua) 。III 期研究证实,单次静脉输注后,因子 IX 至少能持续 18 个月内源性表达。后续报告显示,输注后 2 年内患者的年出血率降低了 64%,且无需使用含因子 IX 的预防制剂 。长期分析预测,单次全剂量给药后,因子 IX 的表达可持续长达 25 年,为 B 型血友病患者带来了新的希望。

四、基因疗法的风险 —— 肝细胞癌(HCC)

肝细胞癌(HCC)是导致老年血友病患者死亡率增加的重要原因。其主要风险因素包括慢性酒精摄入、糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎以及乙肝病毒(HBV)和丙肝病毒(HCV)感染,约 80% 的 HCC 病例与 HBV 或 HCV 的慢性感染相关 。在引入病毒灭活的凝血因子之前,大多数血友病患者感染了慢性 HCV,约 90% 年龄超过 35 岁的严重血友病患者感染了 HCV 。此外,HCV 和 HIV 的共同感染会加重血友病患者的肝脏疾病。
虽然基因疗法通常被认为是血友病患者的安全治疗选择,但有人担心其潜在的基因毒性可能导致 HCC 的发生。针对这一问题,研究人员进行了多项研究。在使用 rAAV 载体(FIX)治疗 B 型血友病的小鼠、狗和非人灵长类动物实验中,发现 AAV 载体可整合到基因组中,但未发现插入致癌的证据 。然而,Denise E. Sabatino 等人对新生小鼠的研究表明,接受载体的小鼠患 HCC 的易感性比对照组高 7 倍,载体整合位点位于 Rian 基因座,使用具有强 Rian 基因座特异性启动子的载体可导致所有新生小鼠发生 HCC 。不过,在健康成年小鼠接受 AAV 载体治疗后,未观察到 HCC 的发生。这可能是因为新生小鼠肝脏中的肝细胞处于增殖活跃状态,而健康成年小鼠的肝细胞处于静止状态。在慢性炎症和肝损伤(如非酒精性脂肪性肝病或肥胖)的情况下,肝细胞的代偿性增殖会增加致癌风险 。Dhwanil A. Dalwadi 对成年小鼠的研究也表明,肝增殖和损伤会增加接受 rAAV 载体治疗的成年小鼠患 HCC 的风险。
在最初获批用于治疗 B 型血友病的全身 AAV 基因疗法中,有一名接受 etranacogene dezaparvovec 治疗的患者被报告发生了 HCC。对该患者肿瘤病变及相邻细胞的 rAAV 序列进行分子分析发现,载体的整合是分散在基因组中的,且大量融合序列表明载体基因组主要以附加体形式存在 。若 HCC 的发生与载体整合有关,那么在已知的 HCC 癌基因(如 TP53 和 NFE2L2)附近,应出现频繁的整合位点且优于附加体形式。此外,对患者的全基因组测序发现,其 8 号染色体存在缺失,这在近 50% 与基因治疗无关的 HCC 中较为常见,同时还检测到 TP53、NFE2L2 和 PTPRK 的突变。该患者具有多种 HCC 风险因素,包括既往感染乙肝和丙肝病毒、年龄较大、有吸烟史和家族癌症史。目前,rAAV 疗法在人类中致癌的风险仍处于理论阶段,还需要更多来自患者群体的证据来评估。

五、IX - R338L 突变(Padua)的作用

在人类中发现的 IX - R338L 突变(Padua)是 B 型血友病基因治疗的重大突破。该突变是指在因子 IX 的催化结构域中,第 338 位的精氨酸被亮氨酸取代,从而使因子 IX 的活性增加 。因子 IX - R338L 的特异性活性增强,源于其与辅因子因子 VIIIa 的相互作用增加。活化的因子 IX(IXa)与活性因子 VIII(VIIIa)形成的酶复合物,对因子 X 的蛋白水解激活和内源性凝血途径至关重要 。动物的临床前研究表明,FIX - R338L 与野生型 FIX(FIX - WT)的免疫原性和血栓形成性相当,且未观察到因与 FIX - WT 交叉反应而产生抗体的情况 。重组 IX - R338L 的特异性活性比未突变的 FIX - WT 高 8 - 12 倍 。这一发现对 AAV 介导的 B 型血友病基因治疗的疗效至关重要,低剂量的载体即可诱导治疗性因子 IX 的表达,同时降低了针对衣壳蛋白的细胞免疫反应风险。使用 Padua 变体的 AAV 基因治疗,与使用 FIX - WT 的研究相比,治疗载体剂量可减少四倍,而因子 IX 活性水平可提高六倍。

六、基因疗法后的抑制剂问题

B 型血友病基因疗法的疗效在很大程度上取决于对转基因产物、基因改造细胞和 / 或载体的不良免疫反应的控制。其中,抑制剂(尤其是中和抗体)的产生是最为令人担忧的问题 。动物模型研究显示,基因治疗后产生抑制剂的风险通常较低。在使用高功能因子 IX(FIX - Padua,精氨酸 338 变为亮氨酸)的犬类 B 型血友病模型的临床前研究中,基因转移后 FIXR338L 的表达并未导致抑制剂的形成,反而发现肝脏转基因表达清除了中和抗体(FIX 抑制剂)并诱导了免疫耐受 。同样,在小鼠模型中也证明,肝脏靶向的基因治疗可诱导对人 FIX 的免疫耐受,有效消除预先存在的高滴度抑制剂。这两种现象都依赖于调节性 T 细胞(Treg)的活性,以及血浆和针对 FIX 的记忆 B 细胞的减少 。对 7 名接受 AAV2 - hFIX16 治疗的严重 B 型血友病患者中的 4 名进行长期随访发现,在 12 - 15 年的随访期间,没有患者出现 FIX 抑制剂的迹象,但输注 15 年后仍可检测到针对多种 AAV 血清型的高滴度抗体 。需要注意的是,临床试验通常会排除目前存在或有过抑制剂病史的参与者,以降低抑制剂产生的风险。

七、基因疗法的未来发展

B 型血友病的基因治疗发展前景广阔,除了基于病毒载体的基因疗法,还有许多创新方法正在探索中。
Fitusiran 是一种合成干扰 RNA(siRNA),与 GalNAc 配体结合后,可靶向抗凝血酶(AT)的信使 RNA(mRNA) 。其作用机制是切割 AT mRNA,抑制翻译过程和蛋白质合成。AT 是一种抗凝酶,被肝素激活后可中和因子 X 和凝血酶等。间接来说,fitusiran 可提高凝血酶水平,恢复 B 型血友病患者的体内平衡 。目前,fitusiran 的研究处于 3 期,已取得了有前景的结果。此外,针对蛋白 S 和肝素 II 辅因子的 siRNA 疗法也在临床前研究阶段。
Concizumab 是一种 IgG4 单克隆抗体,通过与组织因子途径抑制剂(TFPI)的 Kunitz - 2 结构域结合,抑制 TFPI 与活性因子 X 的结合,从而防止因子 X 被抑制,增加凝血酶的产生,减少出血事件 。与 fitusiran 一样,使用 concizumab 时需要特别关注血栓形成前因子水平的升高和可能的血栓栓塞事件风险。目前,concizumab 已在加拿大、瑞士和澳大利亚等国家使用。Marstacimab 也是一种针对 TFPI 的 IgG1 单克隆抗体,处于临床试验阶段,其作用机制与 concizumab 相似。
对于基于 AAV 的基因疗法,一个重要问题是导入转基因后,因子 IX 的表达能持续多久。AAV 载体治疗是将正确的 mRNA 传递到肝细胞中,mRNA 不会整合到宿主基因组,而是以附加体形式存在 。由于肝细胞会分裂,细胞中导入的遗传物质数量可能会逐渐减少,因此有人担心 AAV 载体治疗可能无法持续,尤其是在肝细胞增殖迅速的儿科患者中。为解决这一问题,人们考虑使用整合型载体,如慢病毒载体,但这类载体存在更高的诱变风险。
基因编辑方法在动物模型中也得到了测试,CRISPR/Cas 系统是目前应用最广泛的策略,此外还有转录激活样效应核酸酶(TALEN)和锌指核酸酶(ZFN)等方法 。CRISPR/Cas 系统由编码核酸酶的 Cas 基因和位于整合到 DNA 中的病毒序列之间的短回文重复序列(CRISPR)组成,具有操作简单、成本效益高的优点 。动物实验主要是利用 CRISPR/Cas 系统对从患者体内分离的诱导多能干细胞(iPSCs)进行基因编辑,将其分化为肝细胞或成体内皮细胞,然后使用 AAV 载体将其导入体内。目前,基因编辑研究仍在不断推进,新的方法也在持续探索中。

八、结论

欧洲药品管理局(EMA)批准了 etranacogene dezaparvovec 疗法,这使得期待已久的基于病毒载体的 B 型血友病基因疗法成为现实,该疗法已用于治疗中重度成年 B 型血友病患者 。尽管最初人们对其潜在副作用存在担忧,但实践证明这种疗法非常成功,为进一步提高患者生活质量的替代和创新项目开辟了道路。随着研究的不断深入,未来有望出现更安全、更有效的基因治疗方法,为 B 型血友病患者带来更好的治疗效果和生活质量。

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