基因治疗在免疫出生错误中的研究进展

Abstract

免疫出生错误（inborn errors of immunity, IEI）是由遗传因素导致免疫结构或功能障碍所致的一类疾病，可累及固有免疫和适应性免疫。2022年IEI新分类包含485种IEI，分为十大类疾病。近年来随着分子生物学的快速发展，许多IEI的具体发病机制得以揭示，使得基因治疗在该类疾病的临床前和临床研究成为可能。该文综述基因治疗在IEI中的研究和应用，以进一步提高临床医生对IEI诊治的认知。

免疫出生错误（inborn errors of immunity, IEI）旧称原发性免疫缺陷病（primary immunodeficiency disease），是一类影响先天性或适应性免疫系统的异质性遗传性疾病，临床表现为严重、非典型或反复感染，以及自身免疫性、自身炎症性并发症和癌症易感性增加。轻至中度表现的IEI主要采用抗生素、免疫球蛋白、免疫抑制剂和皮质类固醇等支持性治疗，重症IEI则需要同种异体造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplant, HSCT）等强化治疗^［1-2］。HSCT自1960年首次成功应用以来，一直是各种IEI的标准治疗，并且已经取得了广泛的进展，但仍存在显著的死亡风险，5年生存率为74%，这些不足支持了基因治疗（gene therapy, GT）在IEI治疗领域的发展^［3］。1995—2020年，已有超过200例受IEI影响的患者接受GT治疗^［4-5］。近几年随着载体开发、细胞收集和培养等方面的优化，越来越多的IEI的GT相关研究已取得重大进展。本综述总结GT在IEI中取得的进展和仍然存在的挑战。

1. GT

GT是一种通过将遗传物质引入患者体内以改变基因或蛋白质表达来治疗疾病的治疗方法，最初于20世纪70年代提出^［6］。1990年，美国国家食品药品监督管理局正式批准了第一个GT临床试验，通过将表达腺苷脱氨酶（adenosine deaminase, ADA）基因的逆转录病毒载体转导到2个腺苷脱氨酶缺乏型重症联合免疫缺陷病（adenosine deaminase severe combined immunodeficiency, ADA-SCID）患儿的T细胞中，其中1例患儿的免疫能力得到明显改善，且在治疗两年后ADA基因的表达持续存在，表明了GT的无限潜力^［7］。经过50余年的快速发展，GT正在成为肿瘤、罕见病和其他疾病临床治疗的可行性选择。绝大多数GT试验都集中在癌症和单基因遗传病的治疗上，其次为感染性疾病、心血管疾病等，目前已有多种基因疗法被美国国家食品药品监督管理局或欧洲药品管理局批准用于临床治疗（表1）^［8-9］，其中最突出的GT产品是在癌症免疫治疗领域的嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor, CAR）T细胞疗法。如今GT的目标是在足以改善或治愈疾病症状的水平上实现治疗基因或“转基因”的持久表达，同时将不良事件的发生降至最低^［10］。

表1.

目前FDA或EMA批准基因治疗产品

药物名称	疾病	载体	受体细胞	目标基因
用于肿瘤疾病
abecma	多发性骨髓瘤	SIN-LV	T细胞	-
breyanzi	B细胞淋巴瘤	SIN-LV	T细胞	-
carvykti	多发性骨髓瘤	SIN-LV	T细胞	-
kymriah	滤泡性淋巴瘤	SIN-LV	T细胞	-
tecartus	淋巴瘤	RV	T细胞	-
yescarta	大B细胞淋巴瘤	RV	T细胞	-
adstiladrin	非肌层浸润性膀胱癌的原位癌	AAV5	-	IFNα2b
imlygic	黑色素瘤	HSV-1	-	huGM-CSF
用于遗传病
luxturna	视网膜营养不良	AAV2	视网膜细胞	RPE65
strimvelis	腺苷脱氨酶缺乏型重度联合免疫缺陷病	RV	造血干细胞	ADA
elevidys	杜氏肌营养不良	AAV-rh74	-	micro-dystrophin
hemgenix	成人B型血友病	AAV5	-	hFIX
roctavian	严重A型血友病	AAV5	-	hFVIII-SQ
skysona	脑肾上腺白质营养不良	SIN-LV	造血干细胞	ABCD1
vyjuvek	萎缩性表皮松解症	HSV-1	-	COL7A1
zynteglo	ß地中海贫血	SIN-LV	造血干细胞	βA-T87Q -globin
zolgensma	脊髓性肌萎缩症	AAV9	-	SMN
libmeldy	异染性脑白质营养不良	SIN-LV	造血干细胞	ARSA
upstaza	芳香族L-氨基酸脱羧酶缺乏症	AAV2	-	DDC

注：［FDA］美国国家食品药品监督管理局；［EMA］欧洲药品管理局；［SIN-LV］失活慢病毒载体；［RV］逆转录病毒；［HSV-1］单纯疱疹病毒Ⅰ型；［AAV］腺相关病毒。-表示无。

1.1. GT方法

GT通过基因转移技术将目的基因导入靶细胞，以替换或修复缺陷、异常基因从而治疗疾病。GT按照治疗途径，可分为离体和体内GT。在离体GT中，首先从患者体内获取造血干细胞或体细胞，然后在体外通过整合载体将目的基因转导至患者自体细胞，最后将细胞回输至患者体内。体内GT是指通过局部、静脉注射等方式，将非整合载体直接递送至患者的靶细胞/靶器官^［10-11］。GT有4种基本治疗方法即基因替代、基因沉默、基因添加和基因编辑^{［9， 11］}。

1.2. GT载体

GT的关键在于基因递送载体，常用的载体分为病毒载体和非病毒载体。病毒载体是将遗传信息插入靶细胞的最常用方法，约占目前临床试验中使用的基因递送载体的2/3，最常用的病毒递送载体包括腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒、慢病毒等。非病毒递送系统主要分为物理方法和化学方法，电穿孔、显微注射、超声等物理递送方法允许研究人员将遗传/非遗传物质直接递送至靶细胞，而化学方法则使用与人体相容的天然或合成材料，如脂质体、多肽等化学载体^［12-14］。

2. GT在IEI中的应用

2.1. 重症联合免疫缺陷

2.1.1. X-连锁重症联合免疫缺陷症

X-连锁重症联合免疫缺陷症（X-linked severe combined immunodeficiency, SCID-X1）是一种由于IL2RG基因突变引起的罕见的、危及生命的IEI，其特征是T淋巴细胞功能严重缺失，导致细胞和体液免疫严重受损。1968年，Gatti等^［15］成功地对1例患有SCID-X1的幼儿进行了HSCT。1999年，针对缺乏匹配供体的SCID-X1患者开始基于γ逆转录病毒载体的GT临床试验，共有20例患者分别在巴黎、伦敦接受了治疗，17/20的患者获得了持续的临床益处，但有6例患者在GT后出现了T细胞急性淋巴细胞白血病表型，其中5例患者在化疗后缓解，1例患者死亡^{［1， 16］}。因此，随后开发了自灭活的γ逆转录病毒载体，随访接受该载体治疗的14例患者中，没有1例发生白血病，为了进一步提高GT的安全性，开发了携带IL2RG cDNA的自灭活慢病毒载体，并已在欧洲、美国和中国进行了6项临床试验，迄今为止尚未报告任何肿瘤发生^{［1， 17］}。

2.1.2. ADA-SCID

ADA-SCID是一种由ADA基因缺陷引起的常染色体隐性单基因遗传病，患者具有明显的淋巴细胞减少症和免疫功能受损，如果不及时治疗，大多数ADA-SCID患者会在出生后2年内死于机会性感染。目前的治疗主要包括聚乙二醇化ADA的酶替代疗法、HSCT以及GT。2016年，Strimvelis（使用γ逆转录病毒载体转导表达ADA的自体CD34⁺细胞）成为欧盟首个获批的体外造血干细胞GT产品^［18］。考虑到逆转录病毒载体具有插入诱变的风险，随后开发了自失活慢病毒载体。共68例患者接受了γ逆转录病毒GT，55例患者接受了慢病毒GT，大多数接受γ逆转录病毒GT的患者和几乎所有接受慢病毒GT的患者不再需要聚乙二醇化ADA补充剂。对接受γ逆转录病毒GT患者的20年随访以及接受慢病毒GT患者的3~10年随访结果显示，接受GT的患者的免疫缺陷或已得到长期纠正^{［16， 19-20］}。

2.1.3. 其他SCID

除SCID-X1和ADA-SCID外，RAG1/RAG2基因缺陷型SCID（recombination activating gene 1 or 2 severe combined immunodeficiency, RAG1/2-SCID）以及DCLRE1C基因突变导致的Artemis缺陷型重症联合免疫缺陷（ARTEMIS-deficient severe combined immunodeficiency, ART-SCID）的GT也在开发中（表2）。Cowan等^［21］于2018年进行一项Ⅰ/Ⅱ期临床研究，对10例诊断为ART-SCID的婴儿输注自体CD34⁺细胞（转导了含有DCLRE1C基因的慢病毒载体），研究结果显示随访至少2年的6例患者中有5例在12个月时进行了T细胞免疫重建，4例患儿具有足够的B细胞数量、IgM浓度或IgM异血凝素滴度，可停止输注IgG，表明在ART-SCID婴儿中输注慢病毒基因校正的自体CD34⁺细胞，可产生基因纠正的功能性T细胞和B细胞。一种携带RAG1 cDNA的慢病毒载体已经开发并经过临床前试验，目前正在开展Ⅰ/Ⅱ期临床试验，首位接受治疗的患者已获淋巴细胞免疫重建^{［2， 22］}。

表2.

不同IEI的GT的研究状态

研究状态	疾病
临床试验	ADA-SCID、SCID-X1、ART-SCID、RAG1-SCID、WAS、CGD、LAD-1、IPEX
临床前研究	DADA2、RAG2-SCID、HLH、HIGM1、XLP、CTLA4、XLA、HIES、XIAP、RD

注：［ADA-SCID］腺苷脱氨酶缺乏型重症联合免疫缺陷病；［SCID-X1］X-连锁重症联合免疫缺陷症；［ART-SCID］Artemis缺陷型重症联合免疫缺陷；［RAG1/2-SCID］RAG1/RAG2基因缺陷型重症联合免疫缺陷病；［WAS］湿疹血小板减少伴免疫缺陷综合征；［DADA2］腺苷脱氨酶2缺乏症；［CGD］慢性肉芽肿病；［LAD-1］白细胞黏附缺陷症Ⅰ型；［IPEX］X连锁多内分泌腺病肠病伴免疫失调综合征；［HLH］噬血细胞性淋巴组织细胞增生症；［HIGM1］高IgM综合征；［XLP］X连锁淋巴组织增殖性疾病；［CTLA4］细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4缺乏症；［XLA］X连锁无丙种球蛋白血症；［HIES］高IgE综合征；［XIAP］X连锁凋亡抑制因子缺乏症；［RD］网状发育不全。

2.2. 其他IEI的GT

基于SCID的GT显示的积极结果，多项针对其他IEI的GT已进入临床前或临床研究阶段（表2）^{［2， 23-24］}。

2.2.1. 湿疹血小板减少伴免疫缺陷综合征

湿疹血小板减少伴免疫缺陷综合征（Wiskott‑Aldrich syndrome, WAS）是一种由WAS基因突变引起的以反复感染、血小板减少、湿疹、自身免疫和恶性肿瘤易感性为特征的X连锁隐性遗传性疾病。同种异体HSCT目前被认为是WAS的一线治疗，总生存率约为89%，移植时年龄小于5岁的患者存活的机会最大^［25］。但对缺乏匹配供体的患者，使用慢病毒载体的自体造血干细胞基因疗法是一种良好的替代治疗，与HSCT相比，GT预处理强度较小且排斥反应或移植物抗宿主病的风险较低^［26］。早期使用第一代γ逆转录病毒载体对WAS患者进行造血干细胞GT后，患者的出血、湿疹、重症感染等自身免疫临床体征部分或全部缓解，但由于插入诱变，大部分患者（7/9）出现了急性白血病^［27］。针对γ逆转录病毒载体所发生的不良事件，Aiuti等^［28］开发了一种更安全的编码WAS基因的自失活慢病毒载体（SIN-LV-w1.6W）。在米兰、巴黎、伦敦、波士顿的4个中心进行的临床试验证明了该载体的功效，这4项研究有34例WAS患者接受治疗，其中所有存活患者（31/34）均表现出多谱系WASP表达细胞的稳定植入，湿疹、免疫功能、严重感染等情况均有所改善，血小板计数随着时间的推移也有不同程度的增加，尽管在大多数患者中仍低于正常范围，但足以预防自发性出血事件并减少血小板输注需求，并且迄今为止没有发生严重的GT相关不良事件，接受治疗的患者未出现克隆选择、插入突变、白血病等^［29-30］。这些研究表明，对于缺乏合适HSCT供体的WAS患者，GT是一种安全、有效的治疗方法，更有效、更可靠的转导方案和预处理方案可能会进一步改善结局，特别是在血小板回升方面^［31］。

除慢病毒介导的传统基因添加疗法外，基因编辑可能也是WAS患者的另一种GT选择。Laskowski等^［32］使用锌指核酸酶（ZFN）靶向WAS患者的诱导多能干细胞，经过编辑的诱导多能干细胞成功表达WAS蛋白并分化为功能性T细胞和自然杀伤细胞，该报道为基因编辑在WAS中应用的可行性提供了第一个证据。为了纠正分散在WAS基因中的所有突变，在WAS患者的造血干/祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cell, HSPC）中测试了基于CRISPR/Cas9和腺相关病毒6型（AAV6）载体的基因编辑方法，发现经过编辑的HSPC保留了体内的植入和多谱系分化能力^［33］。

除WAS外，慢性肉芽肿性疾病^［34］、白细胞黏附缺陷症Ⅰ型^［35］、X连锁多内分泌腺病肠病伴免疫失调综合征^［36］等均已成功启动临床试验研究（表2）。

2.2.2. 腺苷脱氨酶2缺乏症

腺苷脱氨酶2缺乏症（deficiency of adenosine deaminase 2, DADA2）是一种单基因常染色体隐性遗传的自身炎症性疾病，由ADA2基因功能丧失性突变引起^［37］。糖皮质激素、改善病情的抗风湿药和靶向白细胞介素-1和白细胞介素-6的生物制剂等在DADA2患者中的应用已有报道，但这些方法的长期疗效有限。目前，对于具有炎症或血管炎表型的DADA2患者，回顾性研究证明肿瘤坏死因子抑制剂具有明显的益处，可显著降低缺血性和出血性卒中以及其他血管炎器官损伤的风险^［38］。但肿瘤坏死因子抑制剂对DADA2患者的血液学表型和严重免疫缺陷表型无效或者效果甚微，HSCT是这类患者的主要治疗方法^［39］。HSCT可以改善DADA2大多数疾病表现，但患者可能有并发症的风险，因此自体GT可能是DADA2患者的另一种治愈选择。Zoccolillo等^［40］将编码ADA2基因的慢病毒载体（LV-ADA2）分别转导至健康人和DADA2患者的HSPC，研究结果表明LV-ADA2的转导可以有效重建ADA2在患者HSPC中的表达和活性，纠正患者巨噬细胞的过度炎症反应，且不会影响HSPC在体内的多能性和植入潜力。与上述研究结果不同，Hong等^［41］发现LV-ADA2体外转导至DADA2患者的CD34⁺ HSPC，可恢复ADA2蛋白表达、酶活性，同时挽救了严重DADA2、纯红细胞再生障碍患者的CD34⁺ HSPC免疫表型以及DADA2患者巨噬细胞的促炎免疫表型，并防止DADA2患者巨噬细胞诱导的内皮活化。虽然目前DADA2的基因疗法尚不可用，但Zoccolillo等^［40］和Hong等^［41］的临床前研究已经证明GT在DADA2中的治疗价值，为该治疗的临床转化奠定了基础。

除DADA2外，CD40LG基因突变引起的X连锁高IgM综合征^［42］等IEI的GT临床前研究也正在进行（表2）。

3. 挑战与展望

随着GT临床需求的不断增长，国内外多个科研和临床团队蓄势待发，多项IEI的GT已经进入临床前或临床阶段。GT在治疗各种IEI方面取得巨大进步，同时IEI相关GT的未来研究仍有一些关键问题待解决，包括但不限于：（1）一些IEI，如DADA2的GT的临床适应证仍有待确定；（2）如何改进病毒载体构建/基因编辑方法，以增加转基因表达；（3）进一步优化GT期间患者所需的最佳预处理方案，以增加基因校正的干细胞植入，同时避免与预处理相关的毒性。在GT成为IEI的一线治疗选择之前，还需要做更多的工作。然而，相信在不久的将来，GT将成为个性化治疗的主要内容，并将对IEI在内的遗传病患者及其家人的生活产生巨大的积极影响。

基金资助

国家重点研发计划（2021YFC2702001）；北京协和医院中央高水平医院临床科研专项（2022-PUMCH-B-079）。

利益冲突声明

所有作者声明无利益冲突。

作者贡献

李婷负责文献检索及撰写；宋红梅负责文章修改及审定。