专为一位患者设计的药物：目前全球已知只有两例，新加坡科学家研发新型基因疗法

学术经纬 · 公众号 · 医学 · 2024-10-20 08:31

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▎药明康德内容团队编辑

2021年，为了救治身患重病的婴儿，一对夫妇找到了新加坡国立大学杨潞龄医学院的研究团队。他们仅仅一岁大的女儿多次全身性癫痫发作，并且不止一次进入了危险的癫痫持续状态。更要命的是，尽管尝试使用了多种药物，但她的癫痫症状仍难以控制。除了癫痫，她还出现了全面发育迟缓。

基因测序找到了这名患儿患上癫痫的原因，那就是KCNA2基因的一处致病突变。

作为一类神经系统疾病，癫痫与神经元的过度活跃有关。正常情况下，钾离子可以抑制神经元兴奋水平。然而，一旦钾离子通道失效、导致钾离子无法顺利流出，神经元活性就有失控的风险。

而KCNA2正是编码电压门控钾通道的重要基因。研究团队发现，这位女孩KCNA2基因上出现的，是一种未被表征过的c.1220C>G错义突变。这种致病突变会导致钾通道功能缺陷，造成婴儿早期的癫痫发作。

基于这一致病机制，新加坡国立大学杨潞龄医学院研究助理教授黄华（Hua Huang）领导的研究团队，为这位超级罕见病（N-of-1疾病）患儿探索了一款全新的基因疗法。近期，这项研究成果发表于《分子治疗——核酸》（Molecular Therapeutics - Nucleic Acids）期刊。

近些年来，能够改变基因表达的反义寡核苷酸（ASO）疗法展现出了治疗多种遗传性疾病的潜力，成为新分子疗法的新兴力量。

其中，一类常见的ASO疗法通过空间位阻机制（steric block）来影响基因表达。这类ASO疗法可以阻断与剪接因子的结合，导致剪接转换、抑制mRNA的生成，最终降低致病蛋白的水平。例如，最新研究的团队此前在Pain期刊的一篇论文中，使用剪接转换ASO来破坏疼痛靶点TRPA1通道全长mRNA的产生。目前已有数款空间位阻型ASO疗法获得FDA批准，分别用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD）和脊髓性肌萎缩症（SMA）。

而在最新论文中，研究团队关注的是另一类ASO作用机制——由核糖核酸酶H（RNase H）介导的mRNA降解机制。研究人员介绍称，作为一种特殊的ASO，间隔体反义寡核苷酸（Gapmer ASO）包含一个未修饰DNA的中心“间隙”区域，侧翼则是2'-MOE修饰的核苷酸。其中，未修饰DNA与RNA的结合使得Gapmer ASO具有RNase H活性，可以激活RNase H介导的互补RNA降解，从而导致基因产物减少。

目前，已有Gapmer ASO药物获批，分别用于治疗纯合型家族性高胆固醇血症，以及转甲状腺素蛋白淀粉样变性多发性神经病。此外，靶向钠通道基因SCN1A以治疗耐药性癫痫的Gapmer ASO药物正在临床试验阶段。

“Gapmer ASO可以设计成区分野生型和致病mRNA之间的单核苷酸差异，因此非常适合治疗单基因突变引起的罕见病。”研究团队指出，基于这些优势，他们决定对Gapmer ASO进行改造，以开发治疗KCNA2突变癫痫的疗法。

在这项研究中，一项主要挑战是设计出对突变mRNA具有高度选择性和效力的Gapmer ASO。为此，研究团队在Gapmer ASO的侧翼引入了锁核酸 (LNA) 核苷酸。通过缩水作用，LNA核苷酸在戊糖的2'氧和4'碳之间通过亚甲基桥键相连，形成双环结构。

“据报道，这种构象能增强完全匹配的碱基对的碱基堆叠，并减少了不匹配碱基对的稳定堆叠相互作用，从而有助于提高Gapmer ASO的效力和特异性。”研究团队介绍道。通过这项设计，Gapmer ASO能够选择性降解突变型mRNA，同时允许剩余的野生型亚基形成功能通道。

在完成了对Gapmer ASO的改造后，研究团队使用脂质纳米颗粒（LNP）解决了向神经元递送药物的难题。在概念验证中，由LNP封装的ASO被成功递送至皮层神经元中，选择性抑制了钾通道的突变亚基，有效增加了钾离子的流动。

论文指出，ASO的使用相对简单，可以设计精准治疗药物，以选择性地靶向任何基因，同时将脱靶效应降至最低或至少可预测。此外，核酸疗法在体内给药的安全性也在疫情期间LNP-mRNA疫苗的接种中得到验证。

由此，这项研究为故事开头携带独特基因突变的患儿探索了一款潜在的“N-of-1”疗法。目前，这位4岁的女孩患有共济失调，无法独立活动，仍然在等待能够特异性治愈其疾病的药物问世。需要指出的是，这项研究工作还处于早期阶段，需要在实验室模型中进行进一步测试，然后才能进入临床试验。

尽管该疗法目前似乎是专为一名患者设计，但从中得出的原理可以推广用于治疗具有类似突变的神经系统疾病。研究人员希望，该疗法能够在未来10到20年内，为超过1000名因离子通道病而患上严重癫痫的患者提供治愈希望。

“文献中报道了许多与癫痫有关的KCNA2突变。我们目前的工作是针对每种突变设计和测试Gapmer ASO，希望我们可以推广这种技术，用于治疗由基因编码序列突变引起的KCNA2相关神经系统疾病。”研究团队展望道。

“我们的研究不仅旨在解决这种特定突变带来的独特挑战，也源于我们团队对于改善患者生活质量的愿望，”论文共同作者，新加坡国立大学杨潞龄医学院宋德华（Soong Tuck Wah）教授谈道，“由于该疗法在针对导致癫痫的特定基因突变方面显示出希望，我们希望最终为患有这种疾病和其他类似基因突变的患者提供新的治疗选择。”

参考资料：

[1] Hua Huang et al, Targeting heterozygous dominant negative variant of KCNA2 using Gapmer ASO for the treatment of drug-resistant epilepsy, Molecular Therapy—Nucleic Acids (2024). DOI: 10.1016/j.omtn.2024.102316

[2] Huang H, Tay SH, Ng W, Ng SY, Soong TW. Targeting novel human transient receptor potential ankyrin 1 splice variation with splice-switching antisense oligonucleotides. Pain. 2021 Jul 1;162(7):2097-2109. doi: 10.1097/j.pain.0000000000002216

[3] Novel gene therapy offers hope for epilepsy patients. Retrieved October 9th, 2024 from https://medicine.nus.edu.sg/news/novel-gene-therapy-offers-hope-for-epilepsy-patients/

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