基因治疗是治疗各种神经系统疾病的一种有前途的方法，如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、亨廷顿氏症和脊髓性肌萎缩症。基因治疗涉及使用载体或载体将治疗基因递送到受影响组织的细胞中。用于基因治疗的最广泛使用的载体之一是腺相关病毒（AAV），这是一种小而无害的病毒，可以感染分裂和非分裂细胞。

然而，神经系统疾病的基因治疗面临着一些挑战，例如如何将基因传递到整个中枢神经系统（CNS），如何避免针对载体或转基因的免疫反应，以及如何为每种疾病选择最佳的AAV血清型。为了应对这些挑战，研究人员经常使用非人灵长类动物（NHP）作为临床前模型，因为它们与人类有许多解剖学和生理学上的相似之处。

在这篇博文中，我们将回顾使用AAV基因治疗神经系统疾病的NHP研究的一些最新进展和发现。

如何将基因传递到整个中枢神经系统？

基因治疗的主要关注点之一是如何将基因有效和广泛地传递到靶组织。对于神经系统疾病，这意味着将基因传递到大脑和脊髓，它们受到血脑屏障和脑脊液（CSF）的保护。

为克服这一挑战而开发的方法之一是对流增强递送（CED），它涉及在正压下将载体注射到脑实质中，产生对流，将载体分布在整个组织中。CED已被证明可以在非人灵长类的几个大脑区域实现高水平的转基因表达，例如壳核，丘脑和皮层1.

已经探索的另一种方法是通过鞘内（IT）或脑室内（ICV）途径将载体注射到脑脊液中。IT注射包括将导管插入腰椎并将载体输送到围绕脊髓的脑脊液中。ICV注射涉及将套管插入大脑的一个脑室，并将载体输送到充满脑腔的脑脊液中。

IT和ICV注射均已被证明可以在非人灵长类中枢神经系统的各个区域实现广泛的转基因表达2.然而，不同的AAV血清型在通过这些途径传递时可能具有不同的嗜性和效率。例如，最近的一项研究比较了食蟹猴中AAV9和AAVrh10的IT和ICV注射2.结果表明，AAV9 IT递送在脊髓运动神经元和多个脑区域的神经元/神经胶质细胞中实现了一致的转基因表达，而AAV9 ICV递送仅在大脑中导致一致的转基因表达。相比之下，AAVrh10 IT递送导致罕见的运动神经元靶向，而AAVrh10 ICV递送与AAV9 ICV递送取得了相似的结果2.

这些发现表明，对于影响大脑和脊髓的神经系统疾病，AAV9可能比AAVrh10是更好的IT输送血清型。此外，他们还表明，在靶向运动神经元方面，IT递送可能比ICV递送更有效。

如何避免对载体或转基因的免疫反应？

基因治疗的另一个挑战是如何避免或尽量减少针对载体或转基因的免疫反应，这可能会降低治疗的有效性和安全性。免疫反应可以由先天和适应性机制触发，并且可以靶向载体的不同成分，例如衣壳蛋白、基因组或转基因产物。

先天免疫应答是快速的非特异性反应，涉及通过模式识别受体（例如Toll样受体）识别病原体相关分子模式。先天免疫反应可导致炎症、细胞因子产生以及补体细胞和自然杀伤细胞的活化。先天免疫应答还可以调节适应性免疫应答，适应性免疫应答速度较慢但特异性更强，涉及B细胞和T细胞的激活，这些B细胞和T细胞产生针对载体或转基因的抗体和细胞毒性作用。

有几个因素可以影响对AAV基因治疗的免疫应答的程度和类型，例如载体剂量，给药途径，血清型，基因组配置，启动子，转基因产物和预先存在的免疫力。因此，针对每种疾病和靶组织优化这些因素非常重要。

减少免疫反应的策略之一是使用可以调节或抑制先天性或适应性免疫的免疫抑制药物或生物制剂。例如，全身性皮质类固醇已被用于多项神经系统疾病的临床试验，以预防或治疗AAV基因治疗后的炎症和抗体产生12.然而，免疫抑制也可能对宿主免疫产生不利影响，并增加感染或恶性肿瘤的风险。

另一种策略是设计AAV载体，通过修改衣壳蛋白，基因组配置或启动子来逃避或调节免疫反应。例如，衣壳工程可以通过将突变或插入衣壳表面来改变AAV载体的抗原性或向性3.基因组工程可以通过去除可以激活toll样受体的CpG基序或倒置末端重复来降低AAV载体的免疫原性3.启动子工程可以通过使用组织特异性或诱导启动子来调节转基因表达水平或特异性3.

非人灵长类动物研究为动物模型中针对AAV载体的免疫应答机制提供了有价值的见解3.然而，在大型动物模型中关于AAV载体先天感知的研究有限。最近对非人灵长类动物（NHP）的研究表明，将AAV载体施用到免疫特权眼后会出现先天免疫反应。这些研究表明，先天免疫在AAV基因治疗中可能比以前认为的更重要的作用，需要进一步的研究来了解不同的给药途径和血清型如何影响先天免疫。

综上所述，AAV基因治疗神经系统疾病在临床前和临床研究中显示出巨大的潜力，但也面临着与免疫反应相关的几个挑战。非人灵长类动物研究有助于阐明其中一些挑战，并制定克服这些挑战的策略。需要进一步的研究来优化每种疾病和靶组织的AAV基因治疗，并将动物模型的发现转化为人类患者。

1. 基因治疗 第 23 卷，第 520–526 页（2016 年）

2. 分子方法临床开发 2020 11 月 17;771：784-<>.