特洛伊木马抗体与基因治疗,如何攻进下

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01攻克血脑屏障有多难？硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病、癫痫、脑部肿瘤等疾病，它们都很难治疗，这是因为大脑受到血脑屏障的保护。血脑屏障（BBB），一层紧密堆积的细胞，排列在大脑的血管中，可以阻止毒素、病原体和一些营养物质进入大脑，是大脑为保护中枢神经系统免受伤害而形成的一个重要进化机制。然而，BBB也是治疗药物进入大脑内部的一个主要障碍，阻止了98%以上的小分子药物和几乎%的大分子药物在大脑中发挥治疗作用。有研究证明，治疗性抗体在静脉或者腹腔注射给药后，它们在大脑中的水平仅相当于血浆中水平的0.01-0.1%，较低的药物浓度也导致抗体无法充分的发挥药效。不过越来越多的技术策略逐渐突破了传统方法在BBB中的障碍。超声波、小分子、双抗、蛋白药，以及一些新的递送技术，如纳米颗粒、外泌体、病毒载体等，基于各自特殊的技术创新展现出改善方法，在神经系统相关疾病中显示出治疗潜力。

突破BBB的临床阶段产品

（图片来源：NatRevDrugDiscov）

02基于受体介导胞吞作用的抗体药科学家们已经开发了多种方法来增强大分子的BBB穿透性，改善药物在大脑中的暴露量。其中，通过靶向BBB细胞上高表达的受体，利用受体介导的胞吞作用(RMT)来跨越BBB，是目前BBB递送研究最广泛的策略之一。基于RMT作用，经过改造的药物分子，在与脑血管内壁的特定受体结合后，可被内吞进入血管内皮细胞，然后通过跨细胞转运作用，将药物释放在脑组织一侧。这个过程对药物分子乔装改扮蒙混过关，因此又被称为“分子特洛伊木马”的方法。目前，RMT受体例如转铁蛋白受体(TfR)、胰岛素受体（IR）、低密度脂蛋白受体(LDLR)等靶蛋白已成功用于开发抗体、融合蛋白等大分子药。

正在利用RMT作用进行药物开发的公司及技术方法

（图片来源：NatRevDrugDiscov）

靶向TfR这些受体中，基于TfR的方法已有产品上市。年，日本厚生劳动省（MHLW）批准了JCRPharmaceuticals公司Izcargo（pabinafuspalfa）上市，用于治疗黏多糖贮积症II型（MPSII，又名亨特综合征）。Pabinafuspalfa（JR-）是一种TfR抗体与溶酶体酶的融合蛋白，也是世界上首款获得监管机构批准、能够穿越BBB的酶替代疗法。今年2月，pabinafuspalfa（JR-）的全球3期临床试验在美完成首位患者给药。

pabinafuspalfa介导的BBB递送

（图片来源：罗氏）

罗氏/Genentech公司RG（RO）是一款基于CrossMab技术的2+1形式双特异性抗体，用于治疗阿尔茨海默病。RG又称brainshuttlegantenerumab，也是罗氏抗淀粉样蛋白-β（Aβ）单抗药物Gantenerumab的加强版。RG通过靶向TfR和Aβ，使之穿透血脑屏障，改善了大脑暴露量，防止斑块形成。目前，RO已进入了治疗前驱或轻中度阿尔茨海默病的II期临床试验（NCT）。

TfR/Aβ双抗

（图片来源：罗氏）

DenaliTherapeutics公司的方法没有直接使用抗TfR抗体，而是工程化改造Fc结构域，使其具有和TfR结合的能力。该策略同样能够通过RMT作用将药物传递到大脑中，将大脑中的药物暴露量提高10到30倍。Denali公司专有的工程化Fc片段对Fc端的CH3区域的9个氨基酸进行突变，改造后的Fc能够与两个具有相同表位的Fab臂（模仿IgG抗体）或两个具有不同表位的Fab臂融合（模拟双特异性抗体），以产生BBB穿透性的抗体。另外，该策略也可以用于其它蛋白类药物，例如酶的运输（NCT）。

特殊的Fc片段

（图片来源：DenaliTherapeutics）

不过，虽然当前抗体及其他蛋白质药物的这些优化方法，已经能够将在大脑中的药物浓度提升数十倍，但大脑中药物的绝对水平仍然很低，可能不到血浆中药物的2%。更多突破血脑屏障的方法正在不断的被探索和挖掘中，例如基于AAV病毒载体的基因疗法。03基于AAV载体的基因治疗自年以来，使用AAV衣壳递送至中枢神经系统（CNS）的药物的试验数量有所增加，这反映出基因治疗在CNS疾病中表现出潜力。FDA在年批准了Zolgensma用于治疗1型脊髓性肌萎缩症，这是第一个成功的基于AAV的中枢神经系统疾病基因疗法。目前治疗帕金森症、阿尔茨海默病、罕见单基因疾病等CNS适应症的AAV基因治疗均已处在临床试验之中。类似于特洛伊木马，AAV衣壳经过特殊设计可以编码各种神经治疗性转基因，通过与神经血管内皮细胞的表面蛋白结合进入脑实质，触发受体介导的胞吞作用。对于CNS疾病，AAV基因治疗可提供了三种策略：a.最常见的是通过递送转基因进行基因置换；b.抗体表达是传统被动免疫的有希望的替代方案；c.RNA干扰（RNAi）或基因编辑进行基因沉默。给药方式上，CNS基因治疗最早开始运用的是脑实质内（IPa）给药。鞘内（IT）、脑室内（ICV）给药也已经在多种临床前试验中进行了测试。此外，越来越多的研究也开始采用非侵入式的方法。静脉内给药（IV）具有将基因转移至整个CNS并且更均匀分布的潜力；肌肉注射（IM）递送AAV载体可以替代用于靶向CNS的抗体治疗剂。AAV衣壳AAV基因治疗靶向神经系统疾病的潜力主要由衣壳决定。天然AAV病毒在大脑的感染率并不高，如今越来越多的AAV变体正在不断产生，以攻克血脑屏障的难题。前几日，辉瑞（Pfizer）公司获得了VoyagerTherapeutics公司TRACER衣壳发现平台生成的新型AAV衣壳的授权，以实现针对未公开的罕见神经疾病靶点的潜在基因治疗项目。Voyager公司技术还曾与诺华（Novartis）达成总额高达17.5亿美元的合作协议，共同开发突破血脑屏障、靶向中枢神经系统的新型AAV载体。TRACER平台产生的一组特异性AAV衣壳在非人灵长类动物（NHP）中已显示出卓越的血脑屏障穿透能力，显著增加对脑和脊髓的靶向性。研究显示，与常规AAV9相比，当静脉给药NHP时，该AAV衣壳在广泛的大脑区域中显示出超过0倍的转基因表达水平（通过mRNA水平测量）。

利用AAV治疗CNS的三种策略

（图片来源：Voyager）

说到衣壳发现，不得不提的是DynoTherapeutics公司基于AI的AAV衣壳设计平台CapsidMap，该平台从人类遗传学大牛乔治·丘奇(GeorgeChurch)博士实验室脱颖而出，也受到了诺华、罗氏等制药巨头的看好，共同开发CNS等领域的基因治疗。CapsidMap使用先进的AI机器学习搜索算法，结合高通量的实验生成大量的体内数据，加速创建新颖的合成AAV衣壳，克服传统AAV的递送局限。

正在开发CNS基因治疗的的部分公司及技术方法

（图片来源：NatRevDrugDiscov）

然而，利用AAV进行脑部药物递送尚处于起步阶段，装载大小限制、靶向能力、转导效率、免疫原性、预存免疫、新型跨物种兼容性等，都是AAV载体开发未来突破的关键，也是当前的主要研究方向。

SUMMARY小结

涉及大脑的神经学领域是人类科学最举步维艰的地方之一。目前针对血脑屏障各路方法虽都存在特有的优势，但也有相应的局限性。大分子药已有上市产品，但当前的优化方法并未使得抗体、融合蛋白在大脑中达到比较理想的暴露量。AAV作为神经相关疾病领域的新兴手段，近年来研究成果颇丰，大厂纷纷入局，但跨越重重障碍还有很长的路要走。

参考资料：

Terstappen,G.C.,Meyer,A.H.,Bell,R.D.etal.Strategiesfordeliveringtherapeuticsacrosstheblood–brainbarrier.NatRevDrugDiscov20,–().

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