2019年12月9日,在佛罗里达州奥兰多举行的美国血液学会(ASH)会议上发表的一项长达10年的狗的基因疗法研究结果重新引起了学界的忧虑: 利用病毒将治疗性基因插入人类基因组,科学家可能无意中增加了治疗细胞中的癌症风险。
长达10年研究结果暗示基因治疗中的AAV可能致癌!-肽度TIMEDOO
图片来源于:News Medical官网
基因疗法一直是基因缺陷引起的疾病的终极答案。最近,研究发现腺相关病毒(AAV)可以有助于将校正性DNA的靶向序列引入缺陷细胞中以修复基因。腺相关病毒(AAV)是一种能够感染人体细胞但不造成任何明显不良影响的无害病毒。
插入的DNA形成一个称为附加体的环在细胞核内自由漂浮,但不是宿主染色体结构的一部分。
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图片来源于:NIH官网

01?为何需要AAV? ?

基因治疗需要将替代基因注射到靶细胞中,使其成为遗传数据库的一部分。早期的基因疗法实验使用病毒载体感染靶细胞,并将其整个基因组插入宿主细胞的染色体中。但是,这种方法会在儿童体内诱发肿瘤,因此已被停止使用。
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图片来源于:FDA官网
这也是AAV受欢迎的原因,并且AAV载体是近期许多新型基因疗法的依据。2019年,美国FDA批准了一种针对脊髓性肌萎缩症的基因疗法。脊髓性肌萎缩症是一种遗传性神经疾病,最终会致人死亡。
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另一种基因疗法用于治疗B型血友病,患者的基因缺陷阻止了必需凝血因子的产生。该疗法旨在通过加工AAV感染肝细胞将治疗基因插入肝脏,使肝脏能够产生缺失的蛋白质。这种基因疗法预计将于2020年获批。
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腺相关病毒(AAV)介导的血友病肝靶向基因治疗示意图

(Doshi B S, et al. Therapeutic advances in hematology, 2018.)

当前,改良版的AAV经常用于靶基因注射,AAV作为载体进入细胞,因此可以确保基因完整。前期观察表明,AAV的使用是合理的,因为AAV几乎不会将其自身的基因组整合到宿主染色体中,从而最大程度地降低了其可能引起癌变的风险。最新发表的研究也证实了这一点。

02?研究实验 ?

此项研究的实验对象是九只患有由关键凝血因子VIII的基因缺陷引起的A型血友病的狗,通过基因疗法治疗。AAV病毒成功插入治疗基因。在长达10年的实验结束之后,这些实验对象被处死,研究人员选择了其中6只狗的肝脏用于进一步检查。
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肝样本中AAV载体拷贝数(VCN)和整合事件数

03?研究结果 ?

9只狗中有7只接受了替代基因,其VIII因子水平稳定增加;另外两只狗没有接受替代基因,在大约三年后VIII因子水平依旧持续增加,在7-8年末时VIII因子增加了四倍。
在检查的6个肝脏中,由AAV载体引入的DNA已在多个位点将其自身插入狗的基因组中,一些是VIII因子基因,但更多的是狗的染色体上掺入的斑点调控序列的一部分。其中,调控序列靠近控制细胞生长的基因,因此存在风险。
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特定位点整合事件的克隆丰度
换言之,病毒载体确实会将修饰的基因注入宿主细胞的染色体中,一些处于调节细胞生长的关键部位,因此可能干扰正常的细胞生长调节基因,使细胞进入癌性表型,而该表型会发生不受调节的细胞生长和增殖,从而形成肿瘤。
研究人员还发现,在肝脏内的某些位置有成群的细胞来自单个感染细胞,所有细胞都显示出遗传物质插入,说明这些细胞的分裂发生率高于其他细胞。
虽然尚待验证,但他们怀疑这可能是插入的调节基因激活细胞生长的结果。如果确实如此,修饰细胞发生克隆的原因以及VIII因子水平在两只狗体内显著上升的原因就得以说明。

04?研究意义 ?

20年前,自从发现注射高剂量AAV的新生小鼠基因组成为其自身的一部分并引起肝癌以来,该研究发现就已经被预测,但是由于新生小鼠与成年人体的生理差异性未被引起重视。此次实验研究了接受AAV基因治疗的成年大犬,因此更有说服力。
对此,学界的反应分歧很大。参与首次成功的B型血友病基因治疗试验的一些科学家表示并不意外:引入的DNA的整合水平很低,肝脏健康、功能正常,VIII因子水平稳定。
实际上,整合是一件好事,因为它确保插入的DNA能够通过细胞留存,而且在多年内仍然继续发挥作用。另一方面,附加体不参与细胞分裂时发生的DNA的正常复制,因此只能传给部分子细胞,而且可能会随着时间的流逝而丢失并失效。
但是,其他科学家指出了已知的细胞突变趋势。他们质疑这些突变细胞的克隆可能会获得另一种驱动生长的突变,如果确实如此,它们便会在使用AAV治疗的组织中引发肿瘤。

05?借鉴意义 ?

当前的研究表明,有必要查证长期进行的其他犬类研究以及圣裘德儿童研究皇家赌场接受过基因治疗的B型血友病患者的定期活检中是否有类似现象。
他们提出的主要建议是,鉴于这一最新发现,当前的FDA协议规定所有接受AAV载体基因的患者必须接受五年肝癌筛查是不够的。相反,此类患者需要进行大量后续跟进。
原文:

[1] https://www.news-medical.net/news/20200108/Dog-study-suggests-that-AAV-in-gene-therapy-could-induce-cancer.aspx

[2] Kaiser, J. (2020). Virus used in gene therapies may pose cancer risk, dog study hints.

DOI: doi:10.1126/science.aba7696