感音神经性听力损失基因疗法研究进展

文 | cageling

近期,Nature子刊 Gene Therapy 在线发表了题为 “Gene therapy development in hearing research in China” 的综述文章[1]。本文回顾了耳蜗基因转染的手术路径和可能的靶点基因,同时也总结了基因治疗听力损失的现有临床试验和当前的挑战。

感音神经性听力损失(Sensorineural hearing loss, SNHL)是最常见的感觉障碍之一。根据世界卫生组织(WHO)的数据,听力损失影响着全世界约4.66亿人,其中包括3400万儿童。据最新报道,中国大约有2700万人患有致残听力损失,其中包括13万儿童。

SNHL由遗传和非遗传原因(如噪音暴露、耳毒性药物)引起,在90%的人类听力损失病例中,SNHL会导致感觉细胞和神经元死亡或损伤。迄今为止,已有150多个基因被确定为非综合征性和综合征性听力损失的病因。此外,导致听力丧失的衰老和其他外源性因素(如噪音、耳毒性药物、感染)也往往与特定基因变异相互作用,决定感觉细胞和神经元损伤的程度。

近几十年来,基因疗法成为了新兴的疾病治疗手段。美国的Luxturna®(voretigene neparvovec,2017)和欧洲的Zolgensma® (onasemnogene abeparvovec,2019)两种基于腺相关病毒(AAV)的基因治疗药物已分别被批准用于治疗莱伯氏先天性黑蒙症和脊髓性肌萎缩症。耳聋小鼠模型和基因治疗技术的快速发展使基因疗法治疗听力损失成为可能。

目前已测试了几种用于耳蜗基因治疗的方法,包括(1)用野生型序列替代引起耳聋的功能缺失突变基因序列;(2)通过短干扰RNA (short interfering RNA, siRNA)或基因编辑技术等遗传干扰手段,敲除或失活获得功能突变相关的基因;以及(3)将新基因导入细胞以减轻或防止渐进性听力损失。基因传递载体的设计和生产的发展,以及对耳聋相关分子遗传和生物学机制的迅速了解,使耳蜗基因治疗领域取得了巨大进步。

耳蜗基因转染的手术路径

耳蜗的基因转染可以通过向耳蜗外淋巴管或内淋巴管注入靶基因来实现。通过耳蜗造口术、管道造口术或圆窗膜(round window Membrane, RWM)路径已经发展出了几种手术路径 (图1)。虽然耳蜗造口术提供了相对较高的转染效率,但由于耳蜗内部结构损伤,该方法存在较高的听力损失风险。理想的传递方法是以最小的损伤提高转染效率。最近,Jun等研究表明,在成年小鼠中管道造口术是合适的,不会引起听觉障碍。RWM方法是临床小分子转染的可行方法。之前,实验证明经胶原酶预处理的RWM可以提高成年豚鼠和新生小鼠的病毒穿透效率。耳蜗基因治疗还需要在大型动物模型上进一步验证。最近,Yang等人通过RWM和后规管入路将AAV1-CMV-GFP送入Bama小型猪耳蜗,结果表明,在大型动物模型中,管道造口术是一种理想的内耳基因传递手术选择。

感音神经性听力损失基因疗法研究进展

图1 耳蜗结构及手术注射路径示意图

可能成为基因治疗的靶点基因

SNHL通常是由基因突变、感染、自身免疫性内耳疾病、耳毒性药物、过度接触噪音和衰老引起的。然而,大多数听力损失是由遗传易感性造成的。这里,本文总结了中国导致先天性听力丧失的遗传因素以及可能成为基因治疗的靶点基因(表1)。

表1 中国研究人员发现并验证的导致先天性听力损失的基因

感音神经性听力损失基因疗法研究进展

目前的临床试验

目前,基因治疗听力损失的临床试验仍处于初级阶段。本文搜索了美国和欧盟的临床试验注册网站以及世界卫生组织的国际临床试验注册平台,使用以下搜索词“genetic modulation”, “gene therapy”, “genetic therapy” 和 “hearing loss”, “deafness”,

“hearing disorders”,查到四个正在进行的基因治疗临床试验。

第一项临床试验由诺华公司赞助,I期临床试验评估内耳迷路内输注CGF166治疗深度听力损失的安全性、耐受性和有效性。CGF166是一种重组腺病毒5载体,含有编码人类无调性转录因子(Hath1)的cDNA(clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02132130)。

第二项临床试验中,Gary Housley教授在澳大利亚悉尼对人工耳蜗植入患者进行了I/II期非随机、多中心、对照评估,以评估编码神经营养素(BDNF和NT3)裸DNA的安全性和有效性(ACTRN12618001556235)。

第三项临床试验是在伦敦进行的I/II期临床试验,评估Notch抑制剂LY3056480治疗轻中度SNHL的安全性和有效性(http://www.isrctn.com/ISRCTN59733689)。经鼓室注射LY3056480,干预剂量递增。

第四项临床试验正在法国进行,目的是评估AAV载体在人造血干细胞中的转染效率。简单地说,分离人造血干细胞,并探讨了AAV在体外转染人造血干细胞的有效性(clinicaltrials.gov/ct2/show/study/NCT03996824)。

到目前为止,我国还没有对听力损失患者进行基因治疗的临床试验。然而,我们相信,随着技术在临床前试验中不断应用,未来将有更多的患者受益于基因治疗。

最近,Decibel Therapeutics公司推出了针对耳畸蛋白(otoferlin)缺乏(DB-OTO)的基因治疗项目(https://www.decibeltx.com/pipeline/)。临床前研究正在进行中,相关的人体临床试验预计将于2021年开始。

耳蜗基因治疗的挑战

目前,耳蜗基因治疗仍面临一定的挑战,需要先进的测序技术来识别其他参与遗传性听力损失致病过程的基因。虽然大多数成功的治疗集中在单基因遗传性耳聋,但是单基因遗传性耳聋患者人数相对较少。到目前为止,在进行性听力损失中功能基因之间的复杂关系还没有得到充分的阐明。

同时,基因治疗的效果会受到采用的治疗策略、受影响的耳蜗细胞以及引入候选基因的治疗干预窗口等因素多种因素的影响。确保靶基因在特定细胞类型中精确表达,避免脱靶效应是耳蜗基因治疗研究者面临的主要技术障碍。此外,尽管在小鼠听力损失模型中,基因治疗研究取得了巨大进展,但仍需要更大规模的动物模型研究来确保这些方法的有效性。综上所述,基因传递载体的安全性、靶细胞特异性、转染效率以及长期表达稳定性都受到技术因素的限制。

总之,考虑到耳蜗解剖学上与邻近器官相对隔离,耳蜗基因治疗具有不可估量的优势。虽然耳蜗基因治疗远远落后于基因治疗视力丧失,但是耳蜗基因治疗的未来是充满希望的。听力损失基因疗法应用到现实世界还需要进一步改进。从技术上讲,需要具有更高转染效率、更精确细胞特异性和更少脱靶效应的载体。此外,与获得性听力损失相关的机制和关键基因仍有待阐明,未来的研究将可能为基因操作提供更准确的靶点。幸运的是,中国和世界各地的科学家都专注于探索和改进治疗听力损失的新技术,以及其潜在机制。我们对听力损失的基因治疗的未来持乐观态度,这将涉及世界范围内病毒学家、遗传学家、听力学家和耳鼻喉学家的持续合作。

参考文献

[1] https://www.nature.com/articles/s41434-020-0177-1,doi.org/10.1038/s41434-020-0177-1

*声明:本文由入驻新浪医药新闻作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表新浪医药新闻立场。

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