基因疗法为治疗无法治愈的脑部疾病提供了新的希望

苏珊还是个孩子的时候，她第一次怀疑她母亲可能出了什么问题。当她母亲端上晚餐或洗碗时，杯子或盘子常常会意外地摔在地上。“她会说，‘笨拙’，但她并不是真的笨拙，”苏珊说，“她的手有着美丽迷人的动作，我现在认为这是早期的HD。”

亨廷顿病（HD）是一种遗传性疾病，会导致大脑的广泛退化，扰乱思维、行为、情绪和运动。这种疾病通常始于中年，伴随着情绪波动和难以集中注意力等微妙变化。随着病情的发展，人们会患上痴呆症，不能说话或行动。

苏珊清楚地记得得知母亲得了这种病的那一天。那是1982年的春天，她的母亲因为极度疲惫，经常摔倒，动作不规则，住进了医院。当时没有针对这种情况的基因测试，因此她接受了一系列评估。她的神经科医生把全家人聚集在一个房间里宣布这个消息。“他告诉我们，我们的母亲得了亨廷顿氏病，”苏珊回忆道。“没有任何治疗方法，如果你不繁殖，它会在一代人内消失。”

这些直言不讳的话对苏珊和她的兄弟姐妹们的生活产生了深远的影响：她的哥哥决定永不结婚，而她的妹妹选择绝育。然而，对苏珊来说，这些选择是遥不可及的：当她收到这个消息时，她已经怀孕了。

苏珊说，她和她的丈夫“无法决定做什么是正确的”。她说，其中一个想法是“如果我们有了孩子，那么孩子长大后也会有同样的决定”。最后，这对夫妇做出了一个痛苦的决定，终止了怀孕。亨廷顿氏症的基因，叫做HTT，编码一种叫做亨廷顿蛋白的蛋白质。基因的错误版本重复了它的一小段序列——核苷酸组合CAG——太多次。与某些遗传条件不同，一个人只有在一个基因有两个错误拷贝的情况下才会患上疾病，只有一个突变拷贝就足以导致亨廷顿氏症，而突变携带者有50%的几率将其遗传给子女。苏珊的母亲去世多年后，这三个兄弟姐妹发现他们都遗传了亨廷顿氏症。

尽管亨廷顿氏症的遗传原因自1993年以来就已经很清楚，但目前还没有任何治疗方法可以阻止或减缓其进展。大多数其他神经退行性疾病也缺乏有效的治疗方法，尽管它们的基因根源没有亨廷顿氏症那么明确，但许多与运动神经元疾病（肌萎缩侧索硬化症，或ALS）、阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病相关的基因已经被人们认识了几十年。现在，治疗这类疾病的潮流可能正在转向。许多研究人员对被称为反义寡核苷酸（ASOs）的药物抱有希望。这些是DNA或RNA字母的短串，它们被设计用来附着由错误基因产生的特定RNA序列，并重新平衡它们产生的蛋白质水平——增加缺失的蛋白质或消除错误的蛋白质（见“切换问题蛋白质”）。

美国食品和药物管理局（FDA）批准了第一个用于治疗癌症的ASO神经系统疾病，自2016年以来，这一领域的活动呈爆炸式增长。这一领域已经从过去20年中仅有的几项临床试验发展到目前正在进行的十几项针对各种神经退行性疾病的临床试验，其中一些已经进入了最后阶段。

其他ASO研究人员正在超越单一突变定义的疾病，研究具有更复杂基因的疾病基础。这一最新进展使该领域的许多人对该技术的未来感到乐观。加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的神经科学家唐·克利夫兰（Don Cleveland）是最早研究ASOs治疗神经疾病的科学家之一，他认为这只是一个开始。他说：“还有很多，更多的事情要做，”但这一领域的进展并不完全顺利。上月末，a大型III期试验突然中止，因为药物对患者的益处并不大于风险。一些研究人员长期以来一直敦促人们谨慎对待ASOs，因为它们在许多情况下的疗效尚不清楚，而且它们的传递方式（通常是通过脊髓注射）是有创的

尽管这项试验的结果令人失望，“我不认为这是绝望的理由，”马里兰州贝塞斯达美国国家神经疾病和中风研究所负责基因治疗的科学项目经理克里斯·博斯霍夫说。“我们仍然有理由对这种治疗方式能取得的效果保持积极和热情。”

埃利奥特和珍妮尔·刘易斯的第一个孩子，布莱克利，于2011年出生，患有一种罕见的遗传性神经退行性疾病，称为脊髓肌萎缩（SMA）。SMA患者有一种突变的SMN1基因，这种基因负责产生一种叫做存活运动神经元（SMN）的蛋白质。由此导致的SMN的缺乏阻碍了大脑与身体的有效沟通，导致肌肉无力和消瘦，并随着时间的推移而恶化。SMA有四种类型；最常见的SMA1也是最严重的。患有SMA1的人通常在出生后不久就会出现症状，许多人在两岁之后就无法存活。

布莱克利在三个月大时被诊断出来。埃利奥特说：“这几乎把我们击碎了。”。当时没有治疗，布莱克利在21个月时去世了。

亨廷顿反义药物进军临床

2017年春季，这对夫妇还有一个女儿，艾薇。艾薇也有SMA，但她更幸运——在她出生前几个月，FDA批准了一种名为nusinersen的ASO，这是有史以来第一种针对SMA的疾病改良疗法。Evie在12天大的时候接受了第一次剂量的治疗。

1978年，科学家们第一次认识到ASOs靶向RNA的能力，但是花了几十年的时间证明了它们的临床潜力。1。早期，毒性和缺乏药效等问题阻碍了进展，许多制药公司失去了兴趣。但位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的一家名为“离子制药公司”（原名“Isis制药公司”）的研究人员对药物的化学骨架进行了关键性的修饰，从而提高了药效和稳定性，使ASOs能够在不被降解的情况下达到其目标。

导致nusinersen的工作始于2000年左右的纽约冷泉港实验室，那里的生物化学家和分子遗传学家Adrian Krainer正在研究导致另一种编码SMN的基因SMN2的机制，通常产生的活性蛋白质低于其对应物SMN1。他们推断，如果他们能够获得SMN2产生更多的蛋白质，就可以弥补该基因突变人群中的SMN1。他们从其他人的工作中了解到，几乎每个人的SMN2问题的原因都是剪接过程中的错误，剪接过程中RNA链被剪断并加工成制造蛋白质的指令。这导致一段SMN2的代码被跳过。

Krainer的研究小组放大了与RNA链结合并导致缺失片段的蛋白质，希望阻止它们干扰产生完整SMN蛋白质的过程。2004年，Krainer开始与药理学家Frank Bennett合作，Frank Bennett是Ionis制药公司的创始成员之一。总之，他们找到了一个可以结合到链上的ASO，并将片段隐藏在沉默它的蛋白质中，从而能够产生功能性的SMN，即nusinersen，data action=“anchor link”data track label=“go to reference”data track category=“references”>2，2011年进入临床试验。研究结果非常有希望，因此针对SMA婴儿的III期试验提前终止：接受药物治疗的患者比接受安慰剂治疗的患者更容易达到运动里程碑并存活下来3

到目前为止，全世界已有1万多人接受了nusinersen（Spinraza），2016年，该公司向总部位于马萨诸塞州剑桥市的制药商Biogen发放了许可证。这种药物极大地改变了疾病的进程：患有SMA的婴儿出生后不久服用，在出生后的头几年内不再死亡。如今，“（与家人）的对话不仅仅以‘我们会尽一切努力，但你的孩子会死’结束，’盐湖城犹他大学（Butterfield）的儿科神经学家拉塞尔·巴特菲尔德（Russell Butterfield）说（巴特菲尔德已经收到了Biogen的咨询费）。“相反，谈话转到‘我们有了这种新药，它绝对令人惊奇。“我们需要尽快把它送进去。”

现在4岁的埃维·刘易斯每隔几个月就要接受一次腰椎穿刺注射，她最近接受了第15次注射。埃利奥特说，尽管她仍然面临着一些问题，比如必须通过喂食管进食，但她能够行走、奔跑和攀爬——这是布莱克利永远做不到的事情。

努西内森成功后，研究人员开始解决与明确定义的基因突变相关的其他疾病，例如亨廷顿的，这导致了药物托米纳森，这是由离子开发和临床试验许可的制药公司罗氏在巴塞尔，瑞士。它被认为是通过靶向正常和有缺陷的HTT基因产生的RNA链上的CAG重复序列，并通过一种名为RNase H1的酶标记它们进行破坏。2019年公布的一项I/II期临床试验结果显示，托米内森降低了脑脊液中亨廷顿突变型的浓度，在没有造成任何严重副作用的情况下，早期亨廷顿试验的成功引起了神经退行性变研究者的注意，因为蛋白质缠结是许多此类疾病的关键特征。伦敦大学学院的神经学家Sarah Tabrizi说：“这让人非常兴奋，因为它为其他神经退行性疾病的反义试验打开了大门，在这些疾病中，毒性突变蛋白的积累起到了一定的作用。”，谁领导了tominersen的I/II期试验。

除了CRISpR，RNA编辑正在迅速发展，但3月底的一个意外宣布给亨廷顿社区带来了巨大的打击。tominersen的III期试验涉及来自18个国家的791名参与者，根据一个独立专家委员会的建议提前终止，该委员会对数据进行了有计划的审查。罗氏公司的一份声明说，目前还没有出现新的安全问题，但这种药物的潜在益处并没有超过其风险。大不里士说，在更多的细节公布之前，不可能说出哪里出了问题。

与托米内森作用相似的药物仍在治疗其他病因相似的疾病。例如，有些ALS病例是由过多的突变蛋白引起的，一些针对这种疾病的ASOs正在临床试验中。最远的是tofersen，一种由Ionis开发的用于治疗遗传性ALS的ASO。Tofersen现在正在一个Biogen赞助的三期试验

位于里士满的弗吉尼亚联邦大学的神经学家克劳迪娅·泰斯塔说，降低这种水平带来了独特的挑战像托米内森和托弗森所做的突变蛋白，而不是像努西内森所做的增加缺失蛋白。有几种降低蛋白质的策略实际上降低了蛋白质的好版本和坏版本的水平。科学家们还不知道对相关疾病的长期影响，也不清楚这是否是tominersen三期试验的问题。治疗SMA的药物正在做一些根本不同的事情，“因此它不能预测对其他疾病的疗效——这是一个痛苦的事实，”Testa说。

为了避免这个问题，一些ASO直接针对突变蛋白。马萨诸塞州剑桥市的一家生物技术公司Wave-Life-Sciences正在测试一种针对微小突变的策略，这种微小突变有时只发生在HTT的突变拷贝上。其目的是保持健康的亨廷顿蛋白水平相对完整。但是这种药物只对携带这些突变的亨廷顿氏症患者的一小部分人有效。此外，Testa说，这种差异只能通过详尽的测序方法来确定，而这种方法在临床上并不是常规的。（Testa已从Wave Life Sciences获得咨询费。）

最近，研究人员开始对更常见的神经退行性疾病（如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症）进行基于ASO的治疗试验。绝大多数病例与特定的基因突变无关，这些疾病比遗传性疾病更为普遍。老年痴呆症的ASO旨在降低tau的水平，tau是一种在大脑中形成有毒缠结的蛋白质。对于帕金森氏症，目标是降低α-synuclein蛋白，该蛋白聚集成病理性团块，称为Lewy小体。

但对于此类神经生殖疾病，网络中的几个基因可能英国牛津大学神经学家凯文·塔尔博特（Kevin Talbot）说，他将参与一项即将进行的ASO治疗ALS的试验。他说，目前还不清楚网络中一个基因的改变会如何影响其他基因。（Talbot曾在Roche和Biogen的科学咨询委员会任职。）

另一个问题是，根据Talbot的说法，这些药物目前需要通过反复腰椎穿刺来达到中枢神经系统的靶点。Talbot说，在ASOs能够应用于更广泛的疾病之前，找到一种方法让这些药物通过血脑屏障，从而减少它们的侵袭性，这将是非常重要的。“在我们变得过于得意之前，有一大堆事情要做。”

对老鼠的研究表明，未来的ASOs可能在大脑中有更强大的用途：替换丢失的神经元。

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去年，UCSD细胞生物学家向东福，他的同事们证明了使用ASOs将非神经性脑细胞（称为星形胶质细胞）转化为神经元是可能的5。研究小组将ASO注射到帕金森氏症小鼠大脑中神经元丢失的区域，在那里，该药物激活了一个基因网络，促使星形胶质细胞变成神经元。在帕金森病的小鼠模型中，傅的研究小组发现接受治疗的动物在某些行为方面表现出了改善。

参与傅的试验的克利夫兰一直在用电离器提供的ASO在大脑的其他部位测试这个想法。他说：“这真的是我要把剩下的职业投资的地方。”。“我相信，我们才刚刚开始考虑这种可能性。”

这些转化星形胶质细胞的ASOs仍处于早期阶段。Fu提醒说，在将这项技术应用于临床之前，还需要在非人灵长类动物身上进行测试，因为它们的大脑比老鼠的大脑更接近我们的大脑。

目前，研究人员正急切地等待Toffersen III期ALS试验的结果，至于为什么亨廷顿氏症的托米纳森试验被停止的更多信息，苏珊，一位60多岁的退休护士，从第一阶段开始就参与了托米纳森试验。她说，她对这个消息感到失望，但是她很感谢作为参试者所得到的照顾。“从第一天起我就很荣幸能参加这次审判。现在只需要耐心和复习。别无选择，是吗？“

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00870-x