腺相关病毒（AAV）是基因疗法中最常用的一种载体，为许多单基因疾病带来了改变治疗现状的方法，甚至还带来了治愈疾病的希望。 目前，获FDA批准上市的两款基因疗法均以AAV为载体。

1月25日，发表在Nature Reviews Drug Discovery上的一篇分析报告中，来自英国牛津大学的研究人员对AAV基因疗法的临床试验进行了系统分析。

抵抗机制 AAV基因疗法试验分析

在作者分析的149项特征性临床试验中，有94项已完成，另有51项达到了疗效终点。 每年启动的试验数量从2010年的5项增加到2017年的26项（图1a）。 大多数初步完成（primary completion）的研究都是以安全性和有效性为终点的临床I/II期研究，有超过80%的研究得到了产业界同领域公司的支持（图1b）。

图1 | AAV基因疗法的临床试验趋势。 a.每年开始的研究数量； b. 各临床阶段的研究数量； c. 各时期的AAV衣壳类型； d. 各时期的启动子使用情况。 EoY，年底（end of year）。

此外，随着时间的推移，临床试验研究的平均时间似乎有所缩短，这可能反映了试验设计确立的改进以及监管机构对这种治疗方式满意度的提升（图2）。

图2 | 2003-2019年按启动年份和临床阶段划分的试验持续时间，单位： 月（n = 51, A & B in both）。 （来源： Nature Reviews Drug Discovery）

衣壳与基因盒

作者对AAV衣壳（基于149项披露衣壳研究中的144项）和启动子（基于149项披露启动子研究中的104项）使用的演化趋势进行了分析。 结果显示，临床中使用最多的仍然是AAV2血清型（图1c），AAV2血清型的安全性和有效性证据也是最多的，已完成的试验有40项以上。

自2015年以来，使用AAV8和AAV9衣壳完成中枢神经系统（CNS）递送的药物试验数量持续增加，这反映了基因疗法在中枢神经系统疾病中应用的逐步增长。 其它新型衣壳，如AAV-LK03、SPK-100和AAV-HSC15也已获得了进展，但安全性和有效性的证据有限。

同样，一直以来，临床使用最多的启动子都是泛素启动子（ubiquitous promoter），如CBA、CAG和CMV（图1d）。 在2015年至2019年间，公开启动子的临床试验中，有45%使用了这3种中的1种。

在近年来的临床试验中，启动子的使用出现了3个新的趋势。 第一，有25项以上的临床试验中使用了组织特异性强启动子，如白蛋白和突触素，用以实现基因在特定组织中的表达。

第二，基因盒（gene cassette）的设计和更大剂量AAV的制造能力得到了改进和加强，在患者中测试的AAV剂量高达2×1014 vg/kg，且没有严重的副作用，这使得治疗性基因的原始启动子得以使用。 但最近在动物模型中的研究表明，AAV9的高拷贝数可引起严重的毒性，而且目前尚不清楚使用依赖高载体拷贝数的原始启动子是否持续稳定。 Biogen近日宣布终止开发研究性SMA1基因疗法BIIB089，终止理由也是类似的毒性问题。

第三，在动物研究中，用于靶向特定细胞亚群的合成启动子取得了成功，但直到本项分析的截止日期，应用这类启动子的临床试验中没有一项初步完成。

安全性

研究人员分析了具有可用安全性数据的所有研究（n = 101），并将安全事件分为给药相关的事件，即在给药后28天内发生的不良事件，或药物治疗中出现的不良事件，即由转基因本身的作用、衣壳的存在或患者免疫系统对转基因或衣壳产生应答而导致的不良事件（图3）。

图3 | a. 给药相关的严重不良事件（aSAE; n = 96）。 b. 治疗中出现的严重不良事件（TESAE; n = 91）。

在本项分析选定的时期内，3328例接受治疗的患者中，有9项4或5级严重不良事件（SAE）被认为是治疗中出现的严重不良事件（TESAE），没有直接由转基因或衣壳导致的患者死亡。 直到本项分析研究的截止日期，没有研究因安全原因而终止，所有已完成的研究都达到了安全终点（n = 51）。 然而，在本项研究截止后，在17例接受较高剂量实验性基因疗法AT132的X连锁肌小管性肌病患者中，有3例患者死于进行性肝胆疾病和后续出现的败血症和胃肠道出血。 针对衣壳引发的免疫应答的潜在作用正在研究调查中。

在所有试验中，平均有21%的试验有1-5级给药相关的严重不良事件（aSAE）。 静脉和鞘内给药比大多数其它给药方式更安全（图3a）。 颅内给药在严重不良事件发生率方面与其它方法相当，但所经历的严重不良事件往往等级更高，临床意义更大。 此外，最常见的给药相关不良事件有： 恶心、注射部位反应和头痛。

在所有被分析的试验中，平均有35%的严重不良事件被分类为治疗中出现的严重不良事件，而且与给药治疗没有直接关系。 值得注意的是，基因疗法采用肌肉注射所导致的治疗相关严重不良事件数最低（图3b）。 数据表明，对于最常用的AAV1和AAV2，不同衣壳类型的给药相关严重不良事件没有显著差异，而在治疗相关严重不良事件方面，AAV1可能比AAV2安全性稍高一些（图4）。

图4｜按衣壳类型分类的给药相关和治疗中出现的严重不良事件。 A. 不同衣壳类型的给药相关的严重不良事件的试验数量。 B. 不同衣壳类型的给药相关的严重不良事件的试验百分比。 C. 不同衣壳类型的治疗中出现的严重不良事件的试验数量。 D. 不同衣壳类型的治疗中出现的严重不良事件的试验百分比。 （来源： Nature Reviews Drug Discovery）

疗效

可供分析的94项已完成的试验大部分集中在眼、肝、肌肉和中枢神经系统这4个器官/组织（图5）中。 靶器官为肝脏的静脉注射基因疗法用于治疗代谢和血液病、帕金森病、A型和B型血友病一直是临床试验最多的3个适应证。

图5｜靶组织和适应证。 A. 主要靶组织的临床试验数量，按时间段划分。 B. 累计临床试验数量TOP 10的适应证。 （来源： Nature Reviews Drug Discovery）

由于基因疗法的数量较少，临床成功率的总体数据会受到一定影响。 根据11个达到新药申请（NDA）阶段药物的数据，从研究性新药（IND）申请进展到NDA的概率为36%，从IND到NDA的中位时间为86个月。 在已完成试验的5个治疗领域中，基因疗法的成功概率均高于历史平均水平（表1）。

表1 不同阶段基因疗法的转化概率

来源： Nature Reviews Drug Discovery

而且，血液疾病中基因疗法的总体成功概率最高（56%从IND进展到NDA）。 但是，已完成的试验数量依然非常少，而且最接近上市的在研产品valoctocogene roxaparvovec的上市申请未获FDA批准，FDA要求提供更长期的疗效数据。

展望

根据对20多年来3000多例患者的临床数据的分析，作者认为AAV基因疗法是一种安全、耐受性好且有效的治疗方式。 但同时也存在几个需要解决的问题：

首先，由于缺少对患者的终身随访，基因疗法的持久性尚不确定，而且类固醇的使用和免疫应答在反应持久性中的作用仍未解决。 在血友病和视网膜的遗传性疾病等不发生快速生理衰退的疾病中，监管机构的反对将导致药物需要进行更长的关键性研究来收集更有力的随访数据。 而像脊髓性肌萎缩症这类疾病的救命产品可能仍将受益于较短的试验和快速批准，但前提是药物必须显示出令人信服的持续改善疾病的证据。

其次，自2015年以来，随着制造工艺的改进，临床试验中所使用的AAV的平均剂量发生了增加。 虽然在需要体内大量转导细胞的疾病中能够使用更高剂量的载体，但最终大多数载体仍存在于肝脏中，并可能在肝脏和其它部位引发潜在的毒性。 未来需要更好的基因盒工程技术来降低病毒负荷。

最后，本项分析表明，在眼、肝、肌肉和中枢神经系统以外，基因疗法试验的比例很低（n=11/94）。 像心脏、肾脏和肺等主要器官，几乎没有AAV基因疗法。 为了进一步提高AAV基因疗法的临床意义，有必要不断改用工程化衣壳和合成启动子，使疗法避开肝脏，逃避免疫监督，并能使转基因只在小范围的细胞亚群中发挥作用。

参考资料：

The clinical landscape for AAV gene therapies（来源： Nature Reviews Drug Discovery）