CC BY
3
ПЕРСПЕКТИВЫ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ НЕРВНО-МЫШЕЧНЫХ РАССТРОЙСТВ
Д. Тюлекбаева
Северо-Западный государственный
И.И. Мечникова
(Россия, г. Санкт-Петербург)
медицинский университет имени
DOI:10.24412/2500-1000-2024-9-5-132-138
Аннотация. Генная терапия представляет собой перспективный метод лечения наследственных нервно-мышечных расстройств (ННМР), которые характеризуются высокой генетической и клинической гетерогенностью. Данный подход нацелен на коррекцию генетических аномалий, которые являются основными причинами ННМР. Использование аденоассоциированных вирусов и других векторов доставки позволяет проводить молекулярные модификации на уровне ДНК, что открывает возможности для радикального лечения заболеваний, таких как спинальная мышечная атрофия и мышечная дистрофия Дюшенна. Основные проблемы генной терапии включают вопросы иммуногенно-сти, безопасности и этики, которые требуют дальнейших исследований и международного сотрудничества для оптимизации и улучшения терапевтических стратегий.
Ключевые слова: генная терапия, наследственные нервно-мышечные расстройства, CRISPR-Cas9, векторы доставки, спинальная мышечная атрофия, мышечная дистрофия Дюшенна, генетическая модификация, иммуногенность.
Наследственные нервно-мышечные расстройства (ННМР) представляют собой гетерогенную группу генетически обусловленных заболеваний, поражающих мышцы, мотонейроны, периферические нервы и нервно-мышечные синапсы [1]. Основными причинами ННМР являются мутации в определенных генах, которые наследуются по аутосомно-доминантному, аутосомно-рецессивному или Х-связанному рецессивному типам.
Классификация ННМР включает различные формы дистрофий, спинальных мускульных атрофий и врожденных мио-патий. ННМР характеризуются высокой клинической и генетической гетерогенностью, что может затруднять диагностику и
разработку универсальных терапевтических подходов.
Значение и актуальность проблемы лечения ННМР обусловлены их распространенностью и значительным влиянием на качество жизни пациентов. Согласно последним данным, неврологические расстройства затрагивают до 3,4 миллиарда человек по всему миру, став ведущей причиной инвалидности и потерь здоровья, измеряемых в DALYs (Disability-Adjusted Life Years - годы здоровой жизни, потерянных из-за заболеваний, инвалидности или преждевременной смерти) (рис. 1) [2]. Кроме того, данные заболевания приводят к уменьшению продолжительности жизни, что требует значительных медицинских и социальных ресурсов.
10 неврологических заболеваний, которые стали причиной наибольшего числа DALY в 2021 году, млн Онкологические заболевания нервной системы ■
Аутизм М
Эпилепсия
Менингит
Диабетическая нейропатия ^^^Я
Деменция
Мигрень
Энцефалопатия новорожденнных
Инсульт
0 20 40 60 SO L00 120 140 160 ISO
Рис. 1. Основные заболевания по числу DALYs в 2021 году [2]
Сложность в лечении ННМР связана с их генетической этиологией, что делает необходимым поиск новых терапевтических подходов, способных нивелировать основные причины. Текущие методы лечения ННМР ограничиваются в основном симптоматическими подходами и поддерживающей терапией, включающей использование медикаментов, физиотерапию и в некоторых случаях хирургическое вмешательство. Однако такие методы не могут корректировать генетическую основу расстройств и часто сопряжены с риском побочных эффектов и ограниченной эффективностью. В данном контексте генная терапия (ГТ) представляет особенный инте-
рес, так как она открывает возможности для коррекции генетических дефектов, лежащих в основе заболеваний.
Цель данной статьи - оценить потенциал и текущие достижения ГТ ННМР, а также определить основные вызовы и направления будущих исследований.
Основы ГТ
Разработка и применение ГТ является инновационным научным подходом в лечении ННМР, нацеленным на коррекцию генетических дефектов. Различают несколько основных стратегий, включающих использование векторов доставки, определение целевых генов и методы модификации генома (табл. 1) [3].
Таблица 1. Стратегии ГТ
Тип Описание
Векторы доставки
Вирусные векторы Включают аденоассоциированные вирусы (adeno-associated virus-based vectors - AAV), лентивирусы и аденовирусы. AAV предпочтительны из-за их способности к долгосрочной экспрессии и низкому иммуногенному профилю.
Невирусные векторы Липосомы, наночастицы и плазмидные ДНК, которые могут быть использованы для временной экспрессии генов и снижения риска интеграции в хозяйский геном.
Целевые гены
Замещающие или добавочные гены Для восстановления недостающей или дефектной функции, как в случае гена SMN1 при спинальной мышечной атрофии.
Репарирующие гены Гены, кодирующие ферменты или гидролазы, способные исправлять мутации или разрушать накопленные токсичные продукты.
Модификация генома
CRISPR-Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR-associated protein 9) Система, позволяющая вносить точечные изменения в ДНК, удалять или вставлять определенные последовательности, что может быть использовано для исправления мутаций в генах, вызывающих заболевания, такие как мутации в гене дистрофина при мышечной дистрофии Дюшенна.
TALENs и ZFNs (Transcription ActivatorLike Effector Nucleases - нуклеазы, подобные активаторам транскрипции) и (Zinc Finger Nucleases - нуклеазы с цинковыми «пальцами» для распознавания последовательности ДНК) Более ранние технологии редактирования генома, которые также позволяют модифицировать геном, но с меньшей гибкостью и большими техническими ограничениями по сравнению с CRISPR-Cas9.
Эффективность ГТ в значительной мере зависит от адекватности выбранных векторов доставки и точности целевых генов. Методы модификации генома, такие как CRISPR-Cas9, позволяют корректировать мутации на уровне ДНК, что может обеспечить целенаправленное лечение заболеваний с известной генетической этиологией.
ГТ в лечении ННМР
Значительные успехи ГТ демонстрирует в лечении спинальной мышечной атрофии (Spinal muscular atrophy - SMA), в лечении которой применяется AAV, который доставляет копию гена SMN1 (Survival Motor Neuron 1 - ген для выживаемости моторных нейронов).
На данный момент Food and Drug Administration USA (FDA) был одобрен препарат Онасемноген Абепарвовек (Zolgensma), который прошел ряд клинических исследований, которые подтвердили его эффективность и безопасность для лечения SMA [4]. Раннее клиническое испытание включало младенцев с диагнозом SMA типа 1. Исследование оценивало безопасность и эффективность однократного
внутривенного введения Онасемноген Абепарвовек. Результаты показали значительное улучшение моторной функции и продление выживаемости по сравнению с контрольными данными. Пациенты показали улучшения по шкале CHOP INTEND (Children's hospital of philadelphia infant test of neuromuscular disorders), которая измеряет моторную функцию, и большинство смогли обходиться без постоянной механической вентиляции значительно дольше 20 месяцев.
Исследования STR1VE-US направлены на подтверждение результатов исследования START в более численной группе младенцев с SMA типа 1 в разных регионах. В данном исследовании 59,1% пациентов (13 из 22) в возрасте 18 месяцев достигли независимого сидения в течение как минимум 30 секунд. Продолжительность жизни без постоянной вентиляции на 13,6 месяцев достигли 90% пациентов (20 из 22). На 18 месяцев 40,9% пациентов (9 из 22) поддерживали способность к самостоятельному питанию и нормальный вес по возрасту.
В лечении мышечной дистрофии Дю-шенна (Duchenne muscular dystrophy -DMD - DMD) используются стратегии, направленные на модификацию сплайсинга мРНК, чтобы обеспечить производство функционального белка дистрофина. Примеры таких подходов включают использование антисенсных олигонуклеотидов, которые позволяют пропустить мутантные экзоны в процессе образования мРНК. Примером подобного препарата является Этиплирсен, который специфически нацелен на экзон 51 гена DMD и позволяет пропустить его в процессе сплайсинга мРНК, что восстанавливает рамку считывания и позволяет синтезировать укороченную, но функциональную форму дистрофина [5].
Было проведено 96-недельное многоцентровое открытое нерандомизированное исследование, оценивающее эффектив-
Открытие системы CRISPR-Cas открыло новые возможности в области точной медицины. CRISPR-Cas9 может быть использован для более радикальной коррекции мутаций в гене дистрофина (рис. 2) [6]. Данный метод находится в предклинических исследованиях. CRISPR-Cas9 работает путем создания двуцепо-
ность и безопасность Этеплирсена у пациентов с DMD и генетическими делециями, поддающимися пропуску экзона 51, с предполагаемой контрольной группой пациентов с DMD и генетическими делеция-ми, не поддающимися пропуску экзона 51. Исследование проводилось в 40 центрах в Соединенных Штатах в период с ноября 2017 года по июнь 2019 года. 78/79 пациентов, получавших лечение Этеплирсеном, прошли полное лечение в течение 96 недель. 15/30 нелеченых пациентов завершили исследование; данная когорта была сочтена неподходящей контрольной группой из-за различий в клинической траектории, обусловленных генотипом. На 96 неделе у пациентов, получавших лечение Этеплирсеном, наблюдалось увеличение пропуска экзонов (в 18,7 раза) и белка дис-трофина (в 7 раз) по сравнению с исходным уровнем (табл. 2).
чечных разрывов в ДНК в конкретно выбранных местах, что дает возможность удалять, добавлять или заменять части генома. В контексте ННМР данный подход может быть использован для коррекции мутаций, вызывающих болезнь, или для модулирования экспрессии генов, контролирующих критически важные белки.
Таблица 2. Первичные и вторичные показатели эффективности на исходном уровне и на 96-й неделе после лечения Этеплирсеном_
Показатель
Исходный уровень (n=67)
96 неделя (n=66)
Расстояние 6MWT м Среднее ± SD Диапазон_
374,6±44,1 303,0 - 449,5
256,2±148,7 (n = 65) 0,0-496,0
Способность самостоятельно, n (%)
вставать
58 (86,6)
33 (54,1) (n = 61)
Общий балл NSAA Среднее ± SD Диапазон_
21,4±6,9 4,5- 34,0
14,9±8,8 (n = 67) 0,0- 34,0
FVC%p, % Среднее ± SD Диапазон
90,4±16,0 50,0, 126,0
87,3±16,3 56,0, 128,4
Примечание: 6MWT - 6-минутный тест ходьбы; SD- стандартное отклонение; NSAA - North Star Ambulatory Assessmen - шкала, используемая для оценки функциональных двигательных способностей у пациентов с DMD; FVC%p - процент прогнозируемой форсированной жизненной емкости легких.
Рис. 2. Общий механизм CRISPR для модификации генома [6]
Применение технологии CRISPR-Cas9 для лечения DMD находится на ранних стадиях разработки и пока не внедрено в клинические испытания, но имеет потенциал для перевода в клиническую практику в ближайшем будущем.
Гигантская аксональная невропатия (Giant Axonal Neuropathy, GAN) и болезнь Шарко-Мари-Тута (Charcot-Marie-Tooth disease, CMT) относятся к группе наследственных невропатий, характеризующихся первичным поражением периферических нервов [7]. Оба состояния подлежат интенсивному исследованию в контексте ГТ, которая включает коррекцию генетических мутаций через векторы доставки, например, с использованием AAV. Для лечения GAN используется AAV9, который тестируется в клинических испытаниях первой фазы. Данная терапия направлена на замену мутантного гена GAN, кодирующего белок гигаксонин, который играет ключевую роль в обороте промежуточных филаментов в клетках. Нарушения в подобном процессе приводят к формированию агрегатов филаментов, что является одной из причин развития GAN.
В случае CMT, который включает широкий спектр наследственных невропатий, исследуются различные подходы, в том числе модификация или замена дефектных
генов, отвечающих за структуру и функцию нервных клеток. Такие подходы могут включать использование генных векторов для доставки корректирующих последовательностей в нервные клетки с целью восстановления их функций.
Особенности применения ГТ
При использовании технологий редактирования генов, таких как CRISPR-Cas9, основные проблемы связаны с иммуноген-ностью компонентов системы, что может вызвать нежелательные иммунные ответы, снижая эффективность лечения и потенциально приводя к серьезным побочным эффектам. Ошибки могут привести к нецелевым мутациям, изменяя другие гены и потенциально вызывая онкогенез или другие генетические аномалии [8].
Обсуждаемым аспектом является и доставка вектора: вирусные векторы, несмотря на свою эффективность, могут вызывать иммунный ответ или обладать ограниченной вместимостью для генетического материала. Этические и регуля-торные вопросы также становятся значимыми, поскольку редактирование генов может привести к наследственным изменениям, что порождает дискуссии о моральной целесообразности таких вмешательств.
Финансирование, масштабирование и стоимость разработки ГТ требуют значительных вложений, а продолжительность и стабильность терапевтического эффекта остаются под вопросом, поскольку устойчивость экспрессии вектора и эффективность редактирования могут уменьшаться со временем. Данные сложности необходимо учитывать для обеспечения безопасности и эффективности будущих клинических применений генной инженерии.
Перспективы ГТ
Перспективы применения ГТ при ННМР открывают новые возможности для лечения заболеваний, таких как DMD, GAN и CMT. Данный вариант терапии предлагает подход к коррекции генетических мутаций на уровне ДНК, что может предотвратить или значительно замедлить прогрессирование заболеваний.
Основными стратегиями ГТ являются замена мутантного гена на функциональный, подавление экспрессии мутантного гена или коррекция мутаций на молекулярном уровне через технологии, такие как CRISPR-Cas9. Подобные подходы могут обеспечить долгосрочную экспрессию функционального белка в целевых тканях, что крайне важно для замедления или остановки прогрессирования заболевания.
Текущие исследования фокусируются на улучшении точности и безопасности методов редактирования генов, чтобы минимизировать риски нецелевого редактирования и других потенциальных осложнений. Повышение точности технологии CRISPR-Cas9 и разработка новых, более
ственно улучшить результаты генной терапии.
Клинические испытания новых ГТ продолжают расширяться, предоставляя важные данные о безопасности и эффективности этих подходов. Успехи в этой области могут привести к одобрению новых терапевтических вариантов для пациентов, которые ранее имели ограниченные варианты лечения.
Выводы
Применение ГТ в лечении наследственных нервно-мышечных расстройств открывает новые перспективы для медицины, предоставляя возможности для коренной модификации генетических аномалий. Прогресс в разработке биологически безопасных и эффективных векторов доставки усиливает потенциал терапевтической коррекции на молекулярном уровне. Параллельное усовершенствование методов редактирования, таких как CRISPR-Cas9, улучшает точность вмешательств, снижая риски, связанные с нецелевым редактированием. Однако, комплексность генной инженерии требует дополнительных исследований для оптимизации методов ввода и контроля за долгосрочной экспрессией введенных генов. Регуляторные и этические аспекты, связанные с генной модификацией, также требуют внимательного рассмотрения для гарантии прав и безопасности пациентов. Поддержание международного сотрудничества и обмена знаниями между научными и медицинскими сообществами будет ключевым для достижения прорывов в этом направлении.
специфических векторов могут суще-
Библиографический список
1. Scoto M., Finkel R., Mercuri E., Muntoni F. Genetic therapies for inherited neuromuscular disorders // Lancet Child Adolesc Health. - 2018. - Vol. 2. № 8. - P. 600-609.
2. GBD 2021 Nervous System Disorders Collaborators. Global, regional, and national burden of disorders affecting the nervous system, 1990-2021: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021 // Lancet Neurol. - 2024. - Vol. 23. № 4. - P. 344-381.
3. Westra D., Schouten M.I., Stunnenberg B.C., Kusters B., Saris C.G.J., Erasmus C.E., van Engelen B.G., Bulk S., Verschuuren-Bemelmans C.C., Gerkes E.H., de Geus C., van der Zwaag P.A., Chan S., Chung B., Barge-Schaapveld D.Q.C.M., Kriek M., Sznajer Y., van Spaendonck-Zwarts K., van der Kooi A.J., Krause A., Schönewolf-Greulich B., de Die-Smulders C., Sallevelt S.C.E.H., Krapels I.P.C., Rasmussen M., Maystadt I., Kievit A.J.A., Witting N., Pennings M., Meijer R., Gillissen C., Kamsteeg E.J., Voermans N.C. Panel-Based Exome Sequencing for Neuromuscular Disorders as a Diagnostic Service // J Neuromuscul Dis. - 2019. - Vol. 6. № 2. -P. 241-258.
4. Clinical Review Report: Onasemnogene Abeparvovec (Zolgensma): (Novartis Pharmaceuticals Canada Inc.). Ottawa (ON): Canadian Agency for Drugs and Technologies in Health. 2021.
5. McDonald C.M., Shieh P.B., Abdel-Hamid H.Z., Connolly A.M., Ciafaloni E., Wagner K.R., Goemans N., Mercuri E., Khan N., Koenig E., Malhotra J., Zhang W., Han B., Mendell J.R.; the Italian DMD Telethon Registry Study Group, Leuven NMRC Registry Investigators, CINRG Duchenne Natural History Investigators, and PROMOVI Trial Clinical Investigators. Open-Label Evaluation of Eteplirsen in Patients with Duchenne Muscular Dystrophy Amenable to Exon 51 Skipping: PROMOVI Trial // J Neuromuscul Dis. - 2021. - Vol. 8. № 6. - P. 9891001.
6. Happi Mbakam C., Lamothe G., Tremblay G., Tremblay J.P. CRISPR-Cas9 Gene Therapy for Duchenne Muscular Dystrophy // Neurotherapeutics. - 2022. - Vol. 19. № 3. - P. 931-941.
7. Yiu E.M., Bray P., Baets J., Baker S.K., Barisic N., de Valle K., Estilow T., Farrar M.A., Finkel R.S., Haberlova J., Kennedy R.A., Moroni I., Nicholson G.A., Ramchandren S., Reilly M.M., Rose K., Shy M.E., Siskind C.E., Yum S.W., Menezes M.P., Ryan M.M., Burns J. Clinical practice guideline for the management of paediatric Charcot-Marie-Tooth disease // J Neurol Neurosurg Psychiatry. - 2022. - Vol. 93. № 5. - P. 530-538.
8. Dunbar C.E., High K.A., Joung J.K., Kohn D.B., Ozawa K., Sadelain M. Gene therapy comes of age // Science. - 2018. - Vol. 359. № 6372. - P. eaan4672.
PROSPECTS OF GENE THERAPY FOR THE TREATMENT OF INHERITED
NEUROMUSCULAR DISORDERS
Diana Tyulekbayeva
North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov (Russia, Saint Petersburg)
Abstract. Gene therapy represents a promising treatment method for inherited neuromuscular disorders (NMDs), characterized by high genetic and clinical heterogeneity. This approach aims to correct genetic anomalies that are the primary causes of. The use of adeno-associated viruses and other delivery vectors allows for molecular modifications at the DNA level, opening possibilities for radical treatment of diseases such as spinal muscular atrophy and Duchenne muscular dystrophy. Major challenges in gene therapy include issues of immunogenicity, safety, and ethics, which require further research and international collaboration to optimize and enhance therapeutic strategies.
Keywords: gene therapy, inherited neuromuscular disorders, CRISPR-Cas9, delivery vectors, spinal muscular atrophy, Duchenne muscular dystrophy, genetic modification, immunogenicity.
