范可尼贫血基因治疗研究进展_习必鑫.pdf

156 临床儿科杂志 2023 年 第 41 卷第 2 期 J Clin Pediatr Vol.41 No.2 Feb.2023doi:10.12372/jcp.2023.21e1465 讲 座 范可尼贫血基因治疗研究进展习必鑫 胡 群 刘爱国华中科技大学同济医学院附属同济医院儿童血液科（湖北武汉 430030）摘要：范可尼贫血是一种罕见的单基因缺陷疾病，以进行性骨髓造血功能衰竭为主要特征。异基因造血干细胞移植是范可尼贫血最主要的治疗方式，但是移植相关并发症的发病率和致死率较高，严重影响患儿的生活质量。近30年来，随着医学的进步与发展，基因治疗有望成为治愈儿童范可尼贫血的新型低毒性治疗方式。文章旨在综述儿童范可尼贫血基因治疗的研究进展。关键词：范可尼贫血；基因治疗；临床研究；病毒载体Advances in the gene therapy for Fanconi anemia XI Bixin,HU Qun,LIU Aiguo(Department of Pediatrics,Tongji Hospital,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,Hubei,China)Abstract:Fanconi anemia is a rare monogenic disease with the hallmark of bone marrow failure.Although allogeneic hematopoietic stem cell transplantation constitutes the preferred therapy for bone marrow failure in Fanconi anemia patients,the increased incidence and mortality of transplant-related complications have seriously affected their quality of life.As medical science advances in recent 30 years,gene therapy may emerge as an innovative low-toxicity therapeutic option for this life-threatening disorder.In this paper,attention is focused on the advances in gene therapy for Fanconi anemia in children.Key words:Fanconi anemia;gene therapy;clinical research;viral vector范可尼贫血（Fanconi anemia，FA）是一种罕见的常染色体隐性遗传或X连锁遗传的骨髓衰竭（bone marrow failure，BMF）综合征，与DNA损伤修复缺陷和染色体不稳定密切相关，在人群中的发病率为（15）/100万，新生儿患病率约为（0.52.5）/10万，全球范可尼贫血基因的携带频率约为1/3001。儿童范可尼贫血的临床特征包括进行性骨髓衰竭、先天性躯体异常、对DNA交联剂高度敏感和易发展为恶性肿瘤2。进行性骨髓衰竭是FA的主要特征，多见于510岁的患儿，且血小板减少或白细胞减少通常早于贫血症状的出现。15岁的FA患者中有80%会出现进行性造血功能衰竭，而年龄40岁的FA患者发生骨髓衰竭的风险超过90%1-2。先天性躯体异常可见于60%70%的范可尼贫血患儿，其中骨骼异常（髋部、脊柱侧凸、肋骨异常）、小眼症、皮肤色素沉着（咖啡斑）、性腺功能减退、身材矮小或生长发育迟缓、生育能力低下和肾脏异常等出现频率较高1。FA还具有恶性肿瘤易感性1-2，比如FANCD1或FANCN突变的FA患儿可能在5岁之前就死于急性髓系白血病或者骨髓异常增生综合征或者其他儿童实体肿瘤。年龄在515岁的FA患儿容易发展为急性髓系白血病，其发病风险约是普通患儿的800倍；而年龄15岁的FA患儿发生头颈部/食管鳞状细胞癌、肝癌或者妇科恶性肿瘤的风险 更高。儿童FA的治疗主要包括异基因造血干细胞移植、口服雄激素、粒细胞集落刺激因子注射、输注血制品等，其中异基因造血干细胞移植是目前唯一可以治愈范可尼贫血的治疗方式，但是移植相关的并发症，比如移植物抗宿主病、病毒感染、继发恶性肿瘤等，仍然严重影响着患者的生活质量和远期预 后2。近些年来，随着基因治疗技术的不断发展与通信作者：刘爱国 电子信箱： 157 临床儿科杂志 2023 年 第 41 卷第 2 期 J Clin Pediatr Vol.41 No.2 Feb.2023完善，越来越多的研究证实它不仅可以改善FA患儿的血液学异常，还可以克服异基因造血干细胞移植治疗的诸多局限。本文通过FA基因治疗的相关文献及临床研究进行回顾，分析总结近30年儿童FA基因治疗的研究历程与进展。1 FA基因治疗的概述1.1 基因治疗的定义基因治疗是通过载体或非载体途径对患者体内异常的遗传物质（DNA或RNA）进行修改或补偿，实现矫正基因的持久表达，从而达到改善或治愈疾病的目的3。与传统的治疗方式相比，基因治疗具有靶向性好、毒副作用小、治疗更彻底、住院时间短等优势，是一种应用前景广阔的新型治疗策略3。1.2 FA的分子学特征FA是由FANC基因突变所引发的单基因缺陷类疾病。到目前为止，研究人员已经鉴定了22种FANC基因4，包括FANCA,FANCB,FANCC,FANCD1/BRCA2,FANCD2,FANCE,FANCF,FANCG/XRCC9,FANCI,FANCJ/BRIP1,FANCL,FANCM,FANCN/PALB2,FANCO/RAD51C,FANCP/SLX4,FANCQ/ERCC4,FANCR/RAD51,FANCS/BRCA1,FANCT/UBE2T,FANCU/XRCC2,FANCV/REV7,FANCW/RFWD3，其中任何一种常染色体隐性遗传的纯合突变或者X连锁遗传的FANCB突变或者显性遗传的FANCR/RAD51突变均可引起FA的发生。在这些FANC基因中，突变频率最高的是FANCA、FANCC、FANCG/XRCC9三种，约60%的FA为FANCA突变所引起1。这22种FANC基因编码的蛋白在FA/BRCA通路中协同负责DNA链间交联（interstrand cross-links，ICLs）的修复，而FANC基因突变则会导致DNA损伤修复的缺陷及对二环氧丁烷、丝裂霉素C等DNA链间交联剂高度敏感，这是范可尼贫血最重要的分子学特征1。因此，通过基因治疗矫正FANC基因突变来治疗范可尼贫血的策略或许是未来可以替代异基因造血干细胞移植的一种新型低毒性治疗方式。2 FA基因治疗的早期尝试2.1 第一阶段临床研究19922007年的16年间（表1），通过携带正常FANC基因的-逆转录病毒载体对FA患者的造血干细胞进行体外基因转导后再体内回输的临床试验共3项。1999年Liu等5发表的研究结果显示，4例接受正常FANCC基因治疗的患者中，其中3例（1114岁的儿童）外周血和骨髓中FANCC功能正常的细胞数量和对链间交联剂的耐药性均表现出短暂的增加，但是并未观察到造血干细胞基因缺陷的长期矫正效应。第4例患者在输注一次转基因造血干细胞后+50 d，被诊断为外阴鳞状细胞癌。2000年6月5日至2005年6月24日期间在美国明尼苏达大学进行了-逆转录病毒介导正常FANCC基因体外转导外周血自体造血干细胞后治疗FA的临床试验6，目前暂未公布相关研究结果。2007年Kelly等7发表的研究结果显示，7例FANCA基因型受试者（0.9215.25岁）中，只有2例患儿（FAGT1001是0.92岁，FAGT1003是4.5岁）在输注了经过体外基因矫正的造血干细胞后表现出了血红蛋白含量和血小板计数的短暂升高，且未发生基因治疗相关的严重不良事件；而另外5例受试者表1 范可尼贫血基因治疗的第一阶段临床研究临床试验编号起止时间载体类型基因表型临床试验内容机构/国家检索来源NCT000013991993年12月2009年2月-逆转录病毒FANCCC型范科尼贫血的基因治疗National Cancer Institute(NCI)美国PubMed/ClinicalTrials.govNCT000058962000年3月2005年6月-逆转录病毒FANCC携带 FANCC 基因的逆转录病毒载体转导外周造血干细胞后治疗范可尼贫血University of Minnesota美国ClinicalTrials.govNCT002728572004年8月2007年10月-逆转录病毒FANCA骨髓细胞基因矫正后治疗范可尼贫血National Heart,Lung,and Blood Institute(NHLBI)美国PubMed/ClinicalTrials.gov 158 临床儿科杂志 2023 年 第 41 卷第 2 期 J Clin Pediatr Vol.41 No.2 Feb.2023即使在足量粒细胞集落刺激因子动员后也未能采集到足量数量的CD34+细胞。这几项研究均表明，携带正常FANC基因的-逆转录病毒载体体外转导造血干细胞后体内回输虽然可以短暂改善FA患者的造血功能，但是均未能显示出任何长期的临 床疗效。2.2-逆转录病毒介导基因治疗的局限然而，2004年Gaspar等8研究人员采用-逆转录病毒体外转导造血干细胞的策略对4例X连锁重症联合免疫缺陷病患儿进行基因治疗，治疗后所有患儿的临床和免疫学特征均明显改善，而且细胞免疫和体液免疫也得到了较好恢复。那么，同样是采用-逆转录病毒载体体外转导造血干细胞的治疗策略，为什么对FA患者的基因治疗最终均失败？可能的原因包括以下4个方面9：FANC基因缺陷会导致所有造血干/祖细胞的染色体不稳定，易凋亡，可以采集的CD34+数量非常少。范可尼贫血患者的造血干细胞在体外培养的过程中，多种因素会导致有限的CD34+细胞迅速凋亡，比如干扰素、肿瘤坏死因子、白细胞介素-1B、活性氧及体外培养时间24小时等，而其他单基因缺陷病的造血干细胞体外培养条件则与之明显不同。逆转录病毒载体转导效率低下，且仅能转导处于分裂期的造血干细胞，而不能转导处于静止期的造血干细胞。FA患者的骨髓造血微环境功能缺陷，也会导致造血干细胞的再植入困难。3 FA基因治疗的研究现状3.1 第二阶段临床研究从2008年至2021年的近14年间，全球一共有7项一期/二期临床试验运用慢病毒载体转导FANCA基因来治疗 FA 患者（表 2），其中 2 项临床试验已经发表了相关研究成果，而另外 5 项研究仍在招募FANCA基因型受试者，暂未发表相关研究成果。2018年Adair等10发表的研究结果证实，只有高表达CD34+的造血干细胞才具有体外增殖和体内造血重建的能力；体外清除CD3+、CD14+、CD16+、CD 19+的造血干细胞，不仅可以纯化 60%原始CD34+细胞，还不影响体外慢病毒载体转导FANNA基因和异种体内植入的效率。2019年Ro 表2 范可尼贫血基因治疗的第二阶段临床研究临床试验编号起止时间载体类型基因表型临床试验内容机构/国家检索来源NCT013310182012年2月2032年7月SIN-慢病毒FANCA范可尼贫血的基因治疗Fred Hutch/University of Washington Cancer Consortium美国文献10/PubMed/ClinicalTrials.govNCT031578042016年1月2019年4月PGK-慢病毒FANCA慢病毒介导的基因疗法治疗A型范科尼贫血(I/II期临床）Hospital Vall d Hebron/西