Nature子刊：基因疗法迅速发展，非病毒载体的潜力逐渐凸显丨医麦新观察

基因疗法自发表以来，经过数十年的争议和研究，伴随着无数人的心血，终于以一种更成熟的姿态回归到“风口”。甚至FDA在2019年1月预测：到2025年，FDA每年将批准10到20种细胞和基因治疗产品。

二十一世纪基因治疗腾飞

在2000年到2003年期间，关于基因治疗的出版物数量稳步增长，在随后的几年里略有下降；在2011-2012年，数量再次开始增加。基因治疗的专利趋势与出版物数量趋势相似。

▲ 基因治疗出版物和专利的数量（图片来源：nature）

这一趋势表明，生物技术公司和制药公司在基因治疗方面的投资力度在本世纪头十年之后都有所下降，早期基因治疗的负面影响可能导致了公司对其的研究投资力度。但是专利和出版物的增加都表明基因治疗是有前途的，并正在考虑用于各种各样的疾病，例如多种类型的癌症、神经疾病、心血管疾病、眼科疾病等。

Integrity数据库（Clarivate Analytics）中，注册了4692种与基因治疗有关的药物，其中居于首位的是宾夕法尼亚大学，拥有106个基因治疗候选产品；其次是拥有104种候选产品的法国国立卫生与医学研究所(INSERM)，第三是佛罗里达大学(University of Florida)，拥有102种基因疗法候选药物。

▲  已经商业化的基因治疗产品（图片来源：nature）

非病毒载体发展迅速

但是基因治疗离不开载体，目前的基因疗法大多数还是以病毒载体为主流，已经上市的16款基因疗法产品中，其中有13种是基于病毒载体的，只有3款是基于非病毒载体的，人类干细胞研究所（俄罗斯）推出的Neovasculogen是第一种商业化的非病毒基因治疗产品。

但事实上，基因治疗历史上出现过的两次重大危机，均与病毒载体息息相关。一次是Jesse Gelsinger事件；另外一次是由于逆转录病毒整合突变效应激活了癌基因，导致接受基因治疗的20名病人当中5位出现了白血病病征 。

而非病毒载体被认为是病毒载体更安全的代替品，因此近年来关于非病毒载体的研究和报道越来越多。数据表明，绝大多数专利和出版物都是关于病毒载体的，但自2016年以来，与非病毒载体相关的专利和出版物数量开始增加。

▲  21世纪，基于病毒和非病毒基因疗法

专利和出版物数量对比（图片来源：nature）

近年来，与载体或质粒设计相关的专利数量再次增长，拥有最多专利的国家/地区是美国，其次是欧洲和中国。在20世纪初，申请最多的两个领域是C12N15（用于载体/质粒设计）和A61K48（用于药物制剂），其中含有插入细胞中以治疗遗传病的遗传物质。

该领域中引用最多的专利涉及编码信号链免疫球蛋白样分子的单个基因的构建（US5892019），该基因可促进细胞的离体转染以用于基因治疗方案。专利列表中的后两个（WO1993025673A1和US5922687）涉及改善基因递送的方法（用于离体或体内基因治疗）。专利发明人包括来自CSLBehring的Thomas Weimer，他获得了13项专利，其次是Stefan Schulte已经获得了10项专利。CSL Behring，Curevac和威斯康星校友研究基金会（WARF）排名第一，获得13项专利，其次是Genzyme，获得12项专利。

病毒与非病毒载体的优劣势

尽管有许多不同的方法可以对细胞进行基因修饰，但最有效的将遗传物质引入细胞的方法仍然是通过病毒基因传递系统，这一点可以从已上市的产品数量中看出。病毒载体在产生持续修饰的哺乳动物基因组方面是有效的。

但是，它们也存在一些局限性和缺点。首先，对于逆转录病毒（包括慢病毒）载体，存在插入诱变，致癌的风险。其次，使用病毒载体，存在免疫反应和炎症加剧的风险。第三，当将病毒DNA作为外源DNA引入哺乳动物细胞时，容易产生表观遗传沉默。第四，病毒生产所需的实质上更高的成本阻碍了向临床应用的转化。

而非病毒载体更易于大规模生产和化学表征，具有更高的转基因能力，并且对生物安全性的关注较少。但与病毒系统相比，非病毒系统的效率仍然相对较低，因为编码的转基因的表达仍然是瞬时的。

为了克服非病毒载体固有的挑战，仍需要改进以确保其稳定性和效力。这可能包括旨在提高转染效率、宿主细胞核中载体的建立和载体维持以及降低质粒损失、细胞毒性和生产成本的措施。已经在开发中的这些改进中的几种的组合可能在使非病毒DNA载体成为越来越有利的新兴基因治疗工具方面具有变革性。

结语

非病毒载体被认为是更安全的，特别是对于体内给药。而递送技术的选择对于基因传递的成功至关重要。虽然体内基因递送已引起人们的广泛关注，因为它避免了细胞的离体操作，使该过程更简单、更便宜。但有效的递送技术仍然是本领域科学家角逐的焦点，我们在等待划时代的突破！

参考出处：

1.https://www.nature.com/articles/s41587-019-0402-x

来源： 医麦客