单基因疾病如AADC缺乏症、Tay-Sachs病、Batten病等常导致严重的神经退行性病变，基因治疗为这类疾病提供了潜在的解决方案。腺相关病毒（AAV）载体因其对神经元等细胞的高效转导能力和长期基因表达特性，成为基因治疗的重要工具。然而，实现中枢神经系统（CNS）基因治疗的关键难题在于精准的基因递送，尤其是跨越血脑屏障（BBB）和脑脊液（CSF）-脑屏障。

 

目前，AAV基因疗法的给药途径主要包括脑实质内（IP）注射、脑脊液（CSF）注射和静脉（IV）注射，但这些方法均存在局限性。此外，AAV基因疗法还面临免疫反应、载荷能力有限、脱靶效应等风险和挑战。尽管如此，AAV基因疗法在临床试验中已取得积极进展，如基于AAV9载体治疗脊髓性肌萎缩症（SMA）的药物Zolgensma已获FDA批准上市，目前全球已上市8款AAV基因治疗药物。因此，未来仍需进一步优化技术以提高基因治疗的安全性和有效性。

 

中枢神经系统（CNS）药物递送途径

脑实质内（IP）注射

AAV直接脑实质内注射是靶向特定病变区域的递送方式（图1），尤其适用于需局部基因修复的疾病，如AADC缺乏症。早期临床试验中，AAV2衣壳被用于治疗Canavan病（12个脑区多点注射）和Batten病，但其对CNS的组织嗜性较低。第二代载体如AAV9通过穿透血脑屏障显著提升了CNS转导效率，凸显其系统性治疗潜力。

 

Figure 1 临床试验中AAV介导的神经系统基因治疗的给药方式

（图片来源：Daci R et al, Int J Mol Sci., 2024）

脑立体定位注射：可精准递送基因至CNS特定区域，如壳核、丘脑、黑质、腹侧被盖区（VTA）、Meynert基底核以及额叶、脑室周围和枕叶的白质，无需依赖衣壳穿透血脑屏障，且剂量显著低于其他途径。脑实质内注射1.03×10¹³ vg，脑室内注射5.00×10¹³ vg，小脑延髓池注射1.26×10¹⁴ vg，以及腰蛛网膜下腔注射3.14×10¹⁴ vg（见图2）。该技术已验证安全性，并延伸至帕金森病临床研究，例如通过AAV2递送谷氨酸脱羧酶（GAD）至丘脑底核或递送神经营养因子至壳核，以恢复多巴胺通路功能。

 

Figure 2 AAV介导的CNS基因治疗在不同给药途径中的平均剂量

（图片来源：Daci R et al, Int J Mol Sci., 2024）

中脑靶向：有研究团队提出中脑靶向策略，通过向黑质致密部（SNc）和腹侧被盖区（VTA）递送AAV2-hAADC，能够增强多巴胺能神经元递质合成能力，并利用顺行轴突运输优势扩大递送区域，从而系统性恢复神经传递功能。

双侧丘脑注射：双侧丘脑注射利用其作为皮质信息中继枢纽的结构优势，通过轴突网络实现基因广泛分布。临床前动物模型显示，将携带Gml的AAV载体注射到丘脑中，即可使该酶在整个注射侧大脑半球广泛分布，初步临床试验在患者中显示安全性，为广泛性CNS疾病治疗提供了新思路。

Table 1 已完成和正在进行的单基因疾病基因治疗临床试验中使用的不同给药途径

（图片来源：Daci R et al, Int J Mol Sci., 2024）

 

 

 

静脉（IV）注射

AAV9载体的血脑屏障穿透能力颠覆了传统认知，其静脉注射递送机制为CNS疾病治疗开辟了新路径。基于此，FDA于2019年批准全球首个静脉注射AAV9基因疗法Zolgensma（单剂量1.3×10¹⁴ vg/kg），通过巨细胞病毒（CMV）增强子/鸡β-肌动蛋白杂交启动子（CB）递送SMN1基因，用于治疗2岁以下的婴儿脊髓性肌萎缩症（SMA）。虽然静脉注射AAV9对基因递送效果较好，但其高剂量需求（≥1×10¹⁴ vg/kg）以及在肝脏等外周器官的广泛分布，会带来肝毒性、血小板减少、血栓性微血管病（TMA）和心脏毒性等临床风险。此外，预先存在的中和抗体也可能抑制治疗效果，限制部分患者接受治疗。尽管如此，Zolgensma的成功为后续AAV介导的基因治疗穿越血脑屏障奠定了基础。

卡纳万病（CD）的治疗为静脉注射AAV9的应用提供了新的思路。CD是一种由ASPA基因突变引起的白质营养不良症，传统上认为需要直接脑内注射药物。但近年来，静脉注射途径在CD治疗中取得了成功（如CANaspire试验，NCT04998396）。临床前研究表明，使用AAV9载体（可全身给药并穿越血脑屏障）进行ASPA基因替代治疗可实现表型挽救。目前，一项临床试验正在探索全身递送AAV9-ASPA以恢复ASPA表达（NCT04998396）。此外，一项扩大准入试验对一名2岁CD患者同时采用静脉注射和脑室内注射，结果显示，结合双途径疗法和免疫抑制可改善载体分布，促进髓鞘再生、视觉功能恢复和神经发育改善，降低N-乙酰天冬氨酸（NAA）积聚。

脑脊液（CSF）注射

目前，脑室内注射ICV、小脑延髓池内注射ICM和鞘内注射IT是通过脑脊液（CSF）途径递送AAV以实现CNS的广泛转导。尽管这些方法可能对CNS病变广泛的疾病具有优势，但脑脊液（CSF）-脑屏障仍是其大脑实质内转导的一大挑战。脑室内室管膜细胞之间的紧密连接限制了某些AAV血清型从脑室进入大脑实质的能力。此外，研究发现，不同AAV衣壳血清型的CNS转导效率存在差异，且在出生后0天（P0）与1-2天（P1-P2）的小鼠中，ICV注射的靶向细胞类型（神经元与神经胶质细胞）也不同。这种差异可能与出生后大脑结构变化或不同年龄段细胞表面受体的差异性表达有关，但具体机制尚不明确。

传统观点认为，人类脑脊液（CSF）的流动具有单向性：主要由侧脑室脉络丛产生的CSF经第三脑室、中脑导水管、Magendie孔和Luschka孔进入脑池、蛛网膜下腔或中央管，最终到达腰段脊髓蛛网膜下腔。该过程主要依赖脑室室管膜细胞的纤毛运动驱动。然而有研究团队通过活双光子显微成像技术发现，CSF主要通过穿透动脉周围的血管旁间隙进入脑实质，而脑组织间液则沿静脉引流途径清除。数据显示，脑室CSF对脑实质的渗透有限（<5%），而蛛网膜下腔CSF可在30分钟内快速弥散至脑实质。这一"类淋巴系统"理论对传统单向流动模型形成挑战，提示不同CSF给药途径（脑室内、小脑延髓池或腰椎鞘内）可能产生差异性的基因转导效果。

实验研究表明，AAV载体的中枢转导效率具有显著给药途径依赖性：1）ICM注射相较IT注射，在非人灵长类中实现脑组织转导效率提升了100倍，脊髓转导效率提升了10倍；2）犬类模型中，ICM注射AAV9-GFP（1.8×10¹³ vg）优先靶向小脑-脑干-脊髓轴，而ICV注射虽能实现双侧脑广泛转导，但存在注射部位T细胞介导的免疫毒性（1/3实验犬死亡）风险；3）组织病理学证实ICV注射会引发局部淋巴细胞浸润，而ICM注射因无需穿透脑实质，未引发此类毒性；4）针对ICM直接穿刺的临床风险，导管介入技术（经鞘内腰椎入路抵达小脑延髓池）可实现安全靶向给药。

鞘内（IT）注射：通过腰椎穿刺将AAV载体直接注入CSF中，使其靶向CNS，用于治疗脊髓性肌萎缩症（SMA）、特定类型溶酶体贮积症等神经系统疾病。目前多项临床试验采用鞘内注射实现CNS渗透，包括：阿尔茨海默病（NCT03634007）、巨轴索神经病（NCT02362438）、Batten病（CLN3型—NCT03770572、CLN6型—NCT02725580、CLN7型—NCT04737460）、GM2神经节苷脂贮积症（NCT04669535）、SMA2型脊髓性肌萎缩症（NCT03381729和NCT05089656），以及IGHMBP2相关疾病（NCT05152823）。此类给药方式的核心挑战仍在于如何实现对全脑及脊髓的广泛递送，其效率受限于脑脊液CSF-脑屏障（脑脊液与脑实质间的渗透屏障）。

脑室内（ICV）注射：脑室通路建立术（可通过立体定向引导或非引导方式实施）是神经外科领域相对常规的操作。目前探索该给药方式的临床试验包括针对卡纳万病（Canavan disease，NCT04833907）和黏多糖贮积症Ⅱ型（MPSⅡ，NCT04571970）的研究。

小脑延髓池（CM）注射：小脑延髓池是包绕小脑与脑干的巨大脑池结构。有研究团队报道了一种改良型血管内微导管技术，可在荧光透视引导下经鞘内路径安全抵达小脑延髓池。研究通过scAAV9-GFP载体在绵羊模型中验证了该技术的安全性、可重复性及载体分布/转导特性，并进一步应用于2例泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease）患者的AAV基因治疗，术中及术后均未观察到不良反应。该技术作为直接小脑延髓池注射的安全微创替代方案，能实现AAV基因载体以小脑和脊髓为主、同时覆盖远端皮层区域的广泛分布。目前采用小脑延髓池给药途径的临床试验包括：GRN基因相关额颞叶痴呆（NCT04408625）、GBA1基因突变帕金森病（NCT04127578）、戈谢病（NCT04411654）、GM1神经节苷脂贮积症（NCT04713475）、GM2神经节苷脂贮积症（NCT04669535）、克拉伯病（NCT04771416）、黏多糖贮积症Ⅰ型（NCT03580083）及ⅢA型（NCT03566043）。

总结

本文分析了已完成和正在进行中的临床试验中AAV基因疗法的递送途径，包括直接脑实质内（IP）、脑脊液（CSF）和静脉（IV）递送。结果显示，这些途径所用的剂量差异显著。与其他疗法一样，中枢神经系统疾病的AAV基因疗法需要在安全性和有效性之间取得平衡，每种递送途径所涉及的具体程序在风险程度上各不相同。无论采用何种递送途径，如果能提高载体效力，从而在给定载体剂量下实现更高的转基因表达，都将改善治疗的风险-收益比。未来，随着病毒载体的不断优化改进，这将为需要这些可能维持生命疗法的患者带来更好的风险-收益平衡。