近日，藥明康德毒理部眼科學團隊負責人周詠東博士，在期刊OPHTHALMIC DRUG DELIVERY上發表了一篇題為《Why gene therapy is perfect for treating ocular diseases》的綜述，與大家討論了基因治療在眼科的應用、優勢和挑戰。今天這篇文章，小編將為大家帶來其中的精彩內容回顧。
人類基因組計劃為人類描繪了一幅基因藍圖。研究人員首次可以根據患者基因組成中特定基因的存在與否來識別疾病。隨著相關知識的增長，研究人員對遺傳性疾病的機制的理解和治療疾病所需技術的發明也隨之增長，其中有些技術曾經被認為是無法實現的。
基因治療作為一種治療選擇自2008年以來得到了蓬勃發展，到2021年上半年，全球活躍的細胞和基因治療的開發者數量已經達到了1195家。同期，由私營公司、政府和學術機構贊助的臨床試驗數量暴增了2600項。在這些試驗中，243項已經進入到了臨床3期。[1]
眼部疾病就是這樣一個隨著基因治療的發展而受益匪淺的群體。兩種眼部特征使得基因治療在眼科應用具有優勢，在某些情況下，也是眼科某些遺傳性疾病、腫瘤和病毒感染的唯一治療選擇。也就是說，藥物研發者和實驗室合作伙伴必須了解這種新型療法和已經遇到的挑戰。
是什么導致眼睛成為基因治療很好的選擇？
人眼的兩個特征使其成為成功的基因治療的一個很好的選擇。無論某種疾病是否需要基因替代、調控、抑制或生長，研究人員都會對載體進行改造，將合適的遺傳物質輸送到眼部微環境中的正確位置。載體可以是DNA、細菌或病毒，經改造后整合到染色體（比如逆轉錄病毒）或細胞核（比如質粒DNA）中。眼部疾病患者可以通過藥物手段（即滴眼液或口服藥物）或注射到特定的位點來接受載體。無論研究人員使用哪種方法，最終的目標都是傳遞一個新的基因，幫助生成一個有功能的蛋白質來改善視力。
除了中樞神經系統、胎盤和胎兒以及睪丸，人眼也享有免疫赦免。這樣當組織移植物或外來抗原置于具有免疫赦免的部位時，可以在免于免疫系統攻擊或損毀宿主器官的情況下存活并茁壯成長。這種免疫赦免的發生是因為這些部位不與體循環直接接觸，因此受到保護，不對外來抗原如疾病或病毒載體產生強烈的免疫反應。研究人員認為免疫赦免是一種進化保護措施，從而保護特定部位免受炎癥和潛在器官衰竭的影響。以眼睛為例，炎癥可引起視力損害，載體的排斥可導致視力完全喪失。
研究人員首先將眼部免疫赦免視為一種實驗現象，可以用眼睛獨特的解剖特征來解釋。專家們并不完全了解免疫赦免的復雜性，但他們知道眼部微環境通過抗炎蛋白和神經肽來控制眼內抗原。[2]
眼前房、視網膜下腔和玻璃體腔均享有免疫赦免，因而是眼部基因治療的良好選擇部位。同樣重要的是要注意，免疫赦免有助于避免眼睛對外來抗原的嚴重炎癥反應，但試驗研究中它并不是完全沒有反應。研究人員和藥物研發人員在進行基因治療時，應該為一定水平的免疫反應做好準備，但持續時間和嚴重程度應該小于其他部位。
人類基因組計劃對人類DNA中約3萬個基因進行了測序和定位。其中55個基因已在人眼中分離，118 個視網膜疾病位點已被定位。[3]
在這些被分離基因中的許多突變都是導致視網膜色素上皮(RPE)和光感受器 的結構和功能受損。RPE細胞和光感受器損傷導致許多退行性疾病，包括年齡相關性黃斑變性（老年患者視力模糊或喪失）、視網膜色素變性（夜間視力、周邊視力和最終中心視力的喪失）和Stargardt病（一種導致兒童和年輕人視力喪失的遺傳性疾病）。眼組織的可及性、具有較多基因缺陷性疾病，再加上各種新的給藥途徑發展，都為研究人員治療眼部疾病提供了很多治療策略。
眼基因治療方法
常見的眼部基因治療包括基因替代、抑制或增強。疾病的機制（即分子或細胞過程的缺陷）決定了治療該疾病的成功方法。
如果單一突變引起疾病，基因替代往往是最好的治療方法之一。這不僅僅是因為基因替代是最常見的基因治療形式，也有下面的例子為證。科學家Jean Bennett和Katherine A High應用了基因替代療法來治療RPE65基因存在一個突變的患者，來逆轉Leber先天性黑曚這種導致失明的遺傳性疾病。該療法將未受損的 RPE65基因拷貝遞送到視網膜細胞，然后產生恢復視力所需的特定蛋白。Bennett和High的這項研究成為了美國FDA首次批準的基因治療。[4]
但是如果一個致病突變具有顯性表達或導致過度表達，研究人員是可以利用小干擾RNA來抑制它。最后，對于具有多種突變的基因和其他致病風險因素的疾病（如像青光眼或年齡相關性黃斑變性這樣的神經退行性疾病），可以通過腺相關病毒(AAV)載體引入各種保護因子，來增強抵御疾病的相關蛋白的表達。AAV 載體是具有吸引力的可選載體，因為它們不會導致已知的疾病，產生的免疫反應也很輕微。
無論用基因療法治療的是遺傳性或獲得性眼部疾病，不論具體的復雜性，它們的基本程序和原則是相似的。在超過350種遺傳性眼病中，那些只是單一突變基因的——如無脈絡膜癥（男性進行性視力喪失）和以下疾病的各種亞型：色盲（色覺障礙）、視網膜色素變性和Leber先天性黑曚——基因治療有明顯優勢。用一個功能完善的基因來替代缺陷基因，往往為研究人員和患者提供了一種他們曾經認為無法實現的治愈方法。
相反，獲得性眼部疾病具有完全不同的機制，需要更復雜的治療。引發這些疾病的分子和細胞過程會包括不同的遺傳和環境因素。研究人員可以在多個位點通過一系列病毒和非病毒載體來修飾或調控基因，增強或抑制相應的基因功能。對于眼部獲得性疾病，其治療策略類似于含有多個突變位點和其他致病因素的遺傳性疾病，如年齡相關性黃斑變性。這樣的治療策略不一定是針對某個特定的致病基因，而是通過導入產生某個保護因子的基因或者拮抗某個致病因子的基因來間接起到治療作用。因此，基因治療也可以成為傳統藥物治療途徑的一種補充，尤其是那些需要長期服用藥物或者營養保護因子的病人。
眼基因治療的挑戰和誤解
基因治療是一種具有產生突破性治療成果潛力的切實可行的治療方案；然而，它還遠遠不是一個唾手可得的確切工程。特別是當處理一個像眼部微環境這樣精細敏感的部位時，研究人員在決定對其眼病患者進行基因治療的可行性時，必須考慮三個因素。
這個問題的答案需要兩個考慮因素。首先，研究人員如果在患病早期的病人身上試驗，成功的可能性更大。這意味著有可能要對幼兒進行侵入性和潛在風險的遺傳性眼部疾病手術治療。其次，出于臨床試驗考慮，對癥狀最嚴重的患者群體進行治療又是有利的。因為視力為 20/200 或以下的患者即使有少許的視力改善，也會鼓舞人心；而試驗效果沒有明顯改善或有些副作用，也不至于對此類患者帶來非常大的視力改變和生活影響。
選擇合適的載體和給藥途徑對于最大限度地提高眼部基因治療的安全性和有效性至關重要。大量的研究人員已經放棄了腺病毒和慢病毒，因為它們具有很強的免疫原性和導致腫瘤的傾向，盡管它們是有效的和具有攜帶較大基因的能力。極低的免疫原性和致病性使 AAV成為了較為常用的病毒載體，但它只能攜帶較小的基因。[5]
研究人員可以通過建立非病毒載體，使其安全地攜帶更大的基因，但相較于病毒載體來說，它的有效性和持久性要差。
給藥途徑是另一個需要克服的挑戰。滴眼液、玻璃體腔內注射（即將藥物注射于玻璃體內抵達視網膜）和其他用藥方案可成功治療某些疾病。但是對于遺傳性視網膜疾病，視網膜下腔注射是向靶細胞遞送AAV并最終獲得成功的最有效方法。這是一種需要手術干預的復雜手術，會增加風險——手術侵入性越大，免疫反應越大，并可能出現包括視網膜脫離和玻璃體出血在內的并發癥。可以采取一些策略來減少視網膜下腔注射存在的風險，但其有效性取決于許多因素，包括適當的患者選擇和臨床醫生的手術經驗。
值得重申的是，病毒載體將有毒病毒引入眼部微環境。眼部的免疫赦免減輕了免疫反應，但不是所有的毒性。研究人員必須繼續精煉他們的配方和劑量，以確保可接受的毒性水平。否則可能導致嚴重的炎癥、高毒性，和在某些情況下增加視力喪失。患者的病情、年齡和視力喪失的嚴重程度和手術的風險都有助于決定采用病毒或非病毒載體策略。
底線
一批新藥研發者和數十億的投入證明了行業對基因治療用于眼部疾病、腫瘤、和病毒感染的巨大信心。而一些新的用藥途徑也極有可能發明更多令人興奮的治療方法。例如脈絡膜上腔 (SCS) 注射是一種新的靶向給藥途徑，有望遞送比目前可用濃度高10倍的藥物濃度到達眼底，同時避免一些特定的并發癥。[6]
其作為治療方法的可行性當然將取決于疾病靶點和患者。同樣，對于開發更強大、更有效的非病毒載體的進一步研究將增加新的療法，并減少對于毒性和其他副作用的擔憂。
雖然基因治療可能提供一些改變了游戲規則的嶄新的解決方案，但并非沒有風險。為每位患者選擇正確的治療路徑和給藥方法將對于控制免疫反應、降低毒性和最終改善視力至關重要。藥物開發商和他們合作的實驗室合作伙伴不能忽視或低估這每一步帶來的挑戰。
周詠東博士是蘇州藥明康德眼科學部的負責人、高級主任。他是一名擁有21年臨床診療和手術經驗的眼科專家。周詠東博士曾有十年時間供職于位于美國新奧爾良的路易斯安娜州州立大學神經暨眼科中心，擔任助理教授，并在位于洛杉磯的著名的杜黑尼眼科中心眼科影像處理分析中心擔任閱片科負責人和研究員。在眼科的臨床前探索性研究、動物模型開發應用和對于新藥、新技術及新設備的臨床研究方面都有著豐富的經驗。
參考文獻
