Liệu pháp gen là một phương pháp đầy hứa hẹn để điều trị các bệnh thần kinh khác nhau, chẳng hạn như Alzheimer, Parkinson, Huntington và teo cơ cột sống. Liệu pháp gen liên quan đến việc cung cấp một gen điều trị vào các tế bào của mô bị ảnh hưởng, sử dụng một vectơ hoặc chất mang. Một trong những vector được sử dụng rộng rãi nhất cho liệu pháp gen là adeno-associated virus (AAV), một loại virus nhỏ và vô hại, có thể lây nhiễm cả tế bào đang phân chia và không phân chia.
Tuy nhiên, liệu pháp gen đối với các bệnh thần kinh phải đối mặt với một số thách thức, chẳng hạn như làm thế nào để chuyển gen đến toàn bộ hệ thống thần kinh trung ương (CNS), làm thế nào để tránh các phản ứng miễn dịch chống lại vectơ hoặc gen chuyển, và làm thế nào để chọn kiểu huyết thanh AAV tốt nhất cho từng loại. bệnh. Để giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các loài linh trưởng không phải người (NHP) làm mô hình tiền lâm sàng, vì chúng có nhiều điểm tương đồng về mặt giải phẫu và sinh lý với con người.
Trong bài đăng trên blog này, chúng tôi sẽ xem xét một số tiến bộ và phát hiện gần đây từ các nghiên cứu của NHP sử dụng liệu pháp gen AAV cho các bệnh thần kinh.
Làm thế nào để chuyển gen đến toàn bộ CNS?
Một trong những mối quan tâm chính đối với liệu pháp gen là làm thế nào để đạt được sự phân phối gen hiệu quả và phổ biến đến mô đích. Đối với các bệnh thần kinh, điều này có nghĩa là đưa gen đến não và tủy sống, được bảo vệ bởi hàng rào máu não và dịch não tủy (CSF).
Một trong những phương pháp đã được phát triển để vượt qua thách thức này là phân phối tăng cường đối lưu (CED), bao gồm việc tiêm vectơ vào nhu mô não dưới áp suất dương, tạo ra dòng đối lưu phân phối vectơ khắp mô. CED đã được chứng minh là đạt được mức độ biểu hiện gen chuyển cao ở một số vùng não trong NHP, chẳng hạn như putamen, đồi thị và vỏ não1.
Một phương pháp khác đã được khám phá là tiêm vectơ vào CSF, thông qua các tuyến nội sọ (IT) hoặc nội não thất (ICV). Tiêm IT liên quan đến việc đưa một ống thông vào cột sống thắt lưng và đưa vectơ vào CSF bao quanh tủy sống. Việc tiêm ICV liên quan đến việc đưa một ống thông vào một trong các tâm thất của não và đưa vectơ vào CSF lấp đầy các khoang não.
Cả hai lần tiêm IT và ICV đã được chứng minh là đạt được biểu hiện gen chuyển rộng rãi ở các vùng khác nhau của CNS trong NHP2. Tuy nhiên, các kiểu huyết thanh AAV khác nhau có thể có xu hướng và hiệu quả khác nhau khi được phân phối qua các tuyến đường này. Ví dụ: một nghiên cứu gần đây đã so sánh việc tiêm AAV9 và AAVrh10 của IT và ICV ở khỉ cynomolgus2. Kết quả cho thấy rằng việc phân phối AAV9 IT đạt được biểu hiện gen chuyển nhất quán ở cả tế bào thần kinh vận động của tủy sống và tế bào thần kinh/tế bào thần kinh đệm của một số vùng não, trong khi việc phân phối AAV9 ICV chỉ dẫn đến biểu hiện gen chuyển nhất quán trong não. Ngược lại, quá trình phân phối AAVrh10 IT dẫn đến việc nhắm mục tiêu nơ-ron vận động hiếm gặp, trong khi quá trình phân phối AAVrh10 ICV đạt được kết quả tương tự như quá trình phân phối AAV9 ICV2.
Những phát hiện này cho thấy rằng AAV9 có thể là một kiểu huyết thanh tốt hơn để cung cấp CNTT so với AAVrh10 đối với các bệnh thần kinh ảnh hưởng đến cả não và tủy sống. Hơn nữa, họ cũng gợi ý rằng việc phân phối CNTT có thể hiệu quả hơn phân phối ICV để nhắm mục tiêu các tế bào thần kinh vận động.
Làm thế nào để tránh các phản ứng miễn dịch chống lại vectơ hoặc gen chuyển?
Một thách thức khác đối với liệu pháp gen là làm thế nào để tránh hoặc giảm thiểu phản ứng miễn dịch chống lại vectơ hoặc gen chuyển, điều này có thể làm giảm hiệu quả và độ an toàn của phương pháp điều trị. Các phản ứng miễn dịch có thể được kích hoạt bởi cả cơ chế bẩm sinh và cơ chế thích ứng, đồng thời có thể nhắm mục tiêu vào các thành phần khác nhau của vectơ, chẳng hạn như protein capsid, bộ gen hoặc sản phẩm gen chuyển.
Phản ứng miễn dịch bẩm sinh là những phản ứng nhanh và không đặc hiệu liên quan đến việc nhận dạng các mẫu phân tử liên quan đến mầm bệnh bằng các thụ thể nhận dạng mẫu, chẳng hạn như các thụ thể giống như thu phí. Các phản ứng miễn dịch bẩm sinh có thể dẫn đến viêm, sản xuất cytokine và kích hoạt các tế bào tiêu diệt tự nhiên và bổ thể. Các phản ứng miễn dịch bẩm sinh cũng có thể điều chỉnh các phản ứng miễn dịch thích ứng, chậm hơn nhưng đặc hiệu hơn và liên quan đến việc kích hoạt các tế bào B và tế bào T tạo ra các kháng thể và tác dụng gây độc tế bào chống lại vectơ hoặc gen chuyển.
Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến mức độ và loại phản ứng miễn dịch đối với liệu pháp gen AAV, chẳng hạn như liều véc tơ, đường dùng, kiểu huyết thanh, cấu hình bộ gen, chất khởi động, sản phẩm chuyển gen và khả năng miễn dịch đã có từ trước. Do đó, điều quan trọng là phải tối ưu hóa các yếu tố này cho từng bệnh và mô đích.
Một trong những chiến lược để giảm phản ứng miễn dịch là sử dụng thuốc ức chế miễn dịch hoặc sinh học có thể điều chỉnh hoặc ngăn chặn khả năng miễn dịch bẩm sinh hoặc thích ứng. Ví dụ, corticosteroid toàn thân đã được sử dụng trong một số thử nghiệm lâm sàng đối với các bệnh thần kinh để ngăn ngừa hoặc điều trị chứng viêm và sản xuất kháng thể sau liệu pháp gen AAV12. Tuy nhiên, ức chế miễn dịch cũng có thể có tác dụng phụ đối với khả năng miễn dịch của vật chủ và làm tăng nguy cơ nhiễm trùng hoặc khối u ác tính.
Một chiến lược khác là thiết kế các vectơ AAV có thể trốn tránh hoặc điều chỉnh các phản ứng miễn dịch bằng cách sửa đổi các protein capsid, cấu hình bộ gen hoặc chất khởi động. Ví dụ, kỹ thuật capsid có thể thay đổi tính kháng nguyên hoặc tính hướng tính của vec tơ AAV bằng cách đưa các đột biến hoặc chèn vào bề mặt capsid3. Kỹ thuật bộ gen có thể làm giảm khả năng sinh miễn dịch của các vec tơ AAV bằng cách loại bỏ các họa tiết CpG hoặc lặp lại thiết bị đầu cuối đảo ngược có thể kích hoạt các thụ thể giống như thu phí3. Kỹ thuật promoter có thể điều chỉnh mức độ biểu hiện hoặc tính đặc hiệu của gen chuyển bằng cách sử dụng các promoter cảm ứng hoặc đặc hiệu cho mô.3.
Các nghiên cứu về linh trưởng không phải con người đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về cơ chế đáp ứng miễn dịch chống lại vec tơ AAV trong mô hình động vật3. Tuy nhiên, đã có những nghiên cứu được báo cáo hạn chế trên các mô hình động vật lớn về khả năng cảm nhận bẩm sinh của các vec tơ AAV. Các nghiên cứu gần đây ở các loài linh trưởng không phải người (NHP) đã báo cáo các phản ứng miễn dịch bẩm sinh sau khi sử dụng vec tơ AAV vào mắt đặc quyền miễn dịch . Những nghiên cứu này cho thấy rằng khả năng miễn dịch bẩm sinh có thể đóng một vai trò quan trọng hơn trong liệu pháp gen AAV so với suy nghĩ trước đây và cần phải nghiên cứu thêm để hiểu các cách sử dụng và kiểu huyết thanh khác nhau ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch bẩm sinh.
Tóm lại, liệu pháp gen AAV đối với các bệnh thần kinh đã cho thấy tiềm năng lớn trong các nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng, nhưng cũng phải đối mặt với một số thách thức liên quan đến phản ứng miễn dịch. Các nghiên cứu về linh trưởng không phải người đã góp phần làm sáng tỏ một số thách thức này và phát triển các chiến lược để vượt qua chúng. Cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa liệu pháp gen AAV cho từng bệnh và mô đích, đồng thời chuyển những phát hiện từ mô hình động vật sang bệnh nhân người.
1. Liệu pháp gen tập 23, trang520–526 (2016)
2. Phương pháp Mol Ther Clin Dev. 11 tháng 4 năm 2020;17:771-784.
