概述

近期，针对PLA2G6突变相关的脑组织铁沉积神经变性病（PLAN）和WDR45突变相关的脑组织铁沉积神经变性病（BPAN），有两个研究团队分别在相应的疾病模型小鼠上通过单独侧脑室注射（ICV）或侧脑室注射联合静脉注射（IV）AAV-PLA2G6或AAV-WDR45，显著延长了疾病小鼠的寿命，并改善了小鼠的运动功能障碍，表明AAV基因疗法有望成为治疗脑组织铁沉积神经变性病（NBIA）的有效治疗策略。

 

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武汉同济医院小儿神经内科计划开展脑组织铁沉积神经变性病相关的AAV基因药物开发，有兴趣者欢迎沟通17720522078。想了解更多罕见疾病相关信息或病患组织，也可随时联系我们。

劲帆罕见病基因药物开发服务

1.研究背景

脑组织铁沉积神经变性病（neurodegeneration with brain iron accumulation, NBIA）/Hallervorden-Spatz病，是一组由基因突变导致的神经变性病，发病率在(1～3)/1,000,000。目前共明确了NBIA的14种亚型中的15种致病基因（表1），最常见的4种亚型为：泛酸激酶相关性神经变性病（PKAN，PANK2相关，约占50%）、非钙依赖型磷脂酶A2相关性神经变性病（PLAN，PLA2G6相关，约占20%）、线粒体膜蛋白相关性神经变性病（MPAN，C19orf12相关，约占10%）和β螺旋蛋白相关性神经变性病（BPAN，WDR45相关，约占7%）。除BPAN为X连锁显性遗传、NFT（FTL相关）为常染色体显性遗传外，其余亚型均为常染色体隐性遗传。

表1 NBIA各亚型基因学、发病机制及临床特点

（表格来源：王晓素等，中国当代儿科杂志，2021）

 

对于NBIA的治疗还缺乏有效的手段。目前仍然以对症治疗、营养支持和预防并发症为主。现阶段针对NBIA的药物研发策略主要集中在铁螯合剂、抗氧化剂、精神类药物（抗抑郁）和补充缺陷基因下游的代谢产物等方向，但临床收益十分有限。腺相关病毒（AAV）载体基因疗法可以通过将正常基因拷贝递送到目标细胞，弥补基因突变导致的靶蛋白缺失或功能缺陷，从根本上达到治疗目的，是治疗NBIA的潜在有效策略。近期，有两个研究团队分别在小鼠模型上论证了AAV基因疗法治疗PLAN和BPAN的有效性。

2.PLAN基因治疗

PLAN表型众多，根据起病年龄不同，PLAN分为婴儿神经轴索性营养不良（INAD）、不典型INAD（aNAD）、PLA2G6相关性肌张力障碍-帕金森综合征（PLAN-DP）及常染色体隐性遗传的早发型帕金森综合征（AREP）等不同亚型。2023年1月，来自美国贝勒医学院的Guang Lin等在eLIFE上发表了题为《Exploring therapeutic strategies for infantile neuronal axonal dystrophy (INAD/PARK14)》的论文，分别在INAD病人来源的NPCs（神经前体细胞）和INAD疾病模型小鼠中验证了AAV-EF1a-PLA2G6的基因治疗效果，详细结果如下：

研究人员在INAD病人来源的NPCs（图1A）中分别转导AAV-PHP.eB-PLA2G6和AAV9-PLA2G6，以慢病毒载体Lenti-PLA2G6作为对照。线粒体标记物TOMM20免疫荧光染色结果显示，AAV-PHP.eB-PLA2G6和AAV9-PLA2G6显著恢复了病人来源的NPCs（29-1）线粒体膨大、碎片化等形态异常（图1A、1B中上半部分），此外，相比正常NPCs对照（29-2），病人来源的NPCs（29-1）中线粒体的ATP水平也明显上调，表明线粒体功能恢复正常（图1B中下半部分）。

 

图1 过表达人源PLA2G6可恢复INAD患者来源的NPCs的线粒体形态缺陷

（图片来源：Lin G et al., Elife. 2023）

PLA2G6的缺失会降低逆转运复合体核心组分Vps26和Vps35的水平，损害逆转运功能以及蛋白质和脂质的再循环，导致蛋白质和神经酰胺在溶酶体贮积和扩增。免疫荧光染色结果显示，29-2 NPCs（正常）中Vps35蛋白点信号的数量远高于29-1 NPCs（INAD病人来源）中的数量（图2A，a、b），表明过表达人源PLA2G6恢复了29-1 NPCs Vps35蛋白下调的表型（图2A，g-i）。

 

图2 过表达人源PLA2G6可恢复INAD患者来源的NPCs中逆转复合体蛋白Vps35的数量

（图片来源：Lin G et al., Elife. 2023）

进一步，研究者在P40的INAD模型小鼠上，通过ICV和IV注射AAV-PHP.eB-EF1a-PLA2G6验证了体内药效。未注射模型小鼠在约90日龄时显示出转棒能力缺陷（图3A，红线）。相比之下，ICV和IV注射的INAD小鼠（图3A，蓝线）直到130-140天才出现转棒能力缺陷，出现病症的时间延迟了50-60天。治疗组所有小鼠（ICV+IV注射组和IV注射组）在约190天时体重才突然下降（图3B，蓝线），比未治疗组小鼠延迟了约70天（图3B，红线）。5只注射小鼠在210天内死亡，2只存活超过300天（图3C，蓝线）。因此，注射PHP.eB-EF1a-PLA2G6的小鼠比未注射组小鼠的平均寿命至少长65天（图3C，红线）。

 

图3 预防性注射AAV-PHP.eB-PLA2G6抑制了INAD模型小鼠的转棒能力缺陷并延长了小鼠寿命

（图片来源：Lin G et al., Elife. 2023）

上述结果表明：(1)人源PLA2G6在小鼠中的表达是安全的；(2)人源PLA2G6在未出现病症的成年INAD小鼠中的表达可延缓运动功能缺陷表型的发生；(3)ICV联合IV注射比单纯ICV注射更能促进PLA2G6的广泛表达。

3.BPAN基因治疗

2024年6月，来自美国哈佛医学院的MC Carisi等在bioRxiv上发表了题为《AAV-mediated gene transfer of WDR45 corrects neurologic deficits in the mouse model of beta-propeller protein-associated neurodegeneration》的论文，利用BPAN疾病模型小鼠进行概念验证，评估了AAV介导的靶向神经系统（CNS）的WDR45基因递送策略对BPAN的治疗效果。详细结果如下：

研究人员在4个月大的成年BPAN模型小鼠上，通过尾静脉注射（IV）给予PHP.eB-WDR45治疗。在11个月大时，小鼠多动症行为显著减少，这表明基因治疗对纠正晚期的疾病表型有效（图4A、4B），也意味着即使在症状出现后进行干预，功能性WDR45基因拷贝的递送和表达也可以明显缓解神经系统症状。Western blot数据显示，WIPI4（WDR45）在小鼠脑组织中的表达仅少量上调（图4B）（比盐水处理的野生型对照小鼠大脑中WIPI4的内源性表达低4.3倍），这也解释了神经系统症状缓解较慢（给药后6个月）的原因。

 

 

图4 尾静脉注射AAV-PHP.eB-WDR45纠正了成年BPAN模型小鼠后期出现的疾病表型

（图片来源：Carisi M C et al., bioRxiv, 2024）

尽管AAV-PHP.eB在小鼠中具有良好的血脑屏障（BBB）穿透性和CNS靶向性，但不能推广到其他物种，这也限制了该载体的临床可及性。因此，AAV9相比其他野生血清型对神经元具有更高的特异性，是中枢神经系统适应症的首选载体。研究者在出生后1天（P1）大的BPAN模型小鼠上通过侧脑室注射（ICV）给予scAAV9-WDR45进行早期干预治疗，发现小鼠在2月龄时多动症行为被完全抑制（图5A），脑组织中的自噬标志物LC3和WIPI2表达也明显增多（图5B），表明细胞自噬功能改善。

 

 

图5 ICV给予scAAV9-WDR45可减少新生BPAN模型小鼠的过度活跃行为并纠正脑组织中的自噬标记物的表达

（图片来源：Carisi M C et al., bioRxiv, 2024）

 

参考文献

1 王晓素,蒋莉.神经退行性变伴脑铁沉积症发病机制及治疗研究进展[J].中国当代儿科杂志,2021,23(06):650-656.

2 Lin G, Tepe B, McGrane G, et al. Exploring therapeutic strategies for infantile neuronal axonal dystrophy (INAD/PARK14)[J]. Elife, 2023, 12: e82555.

3 Carisi M C, Shamber C E, Bishop M M, et al. AAV-mediated gene transfer of WDR45 corrects neurologic deficits in the mouse model of beta-propeller protein-associated neurodegeneration[J]. bioRxiv, 2024: 2024.06. 18.599588.

 

劲帆罕见病临床药物开发服务

临床开发IIT/IND流程

全球在探索AAV基因治疗罕见病的过程中，通过大量的IIT和IND研究发现，AAV基因治疗对于致病机理明确的单基因缺陷有着良好的临床治疗效果，通过补偿或抑制基因的表达，恢复基因的正常调控，达到传统治疗方式无法企及的治疗效果。