Nature| 全面解讀癲癇基因治療的研究進展

據統計，全球大約有7000多萬癲癇患者，我國大約有900多萬癲癇患者，而每年新增癲癇患者達40-60萬。

困擾神經科醫生的一大難題是大約1/3的癲癇患者對當前藥物呈耐藥性，儘管新型的抗癲癇藥物更為安全，副作用也更少，效果也更好，但對一些患者仍不起作用，對這些患者來說，癲癇是是毀滅生活的殺手。

來自倫敦大學 (UCL)的神經科醫生和神經學專家Dimitri Kullmann說，"癲癇患者面臨一系列問題：強烈的病恥感、不能開車、很難保住工作，使得藥物難治性癲癇患者很難維持良好的人際關係。"

當前藥物難治性癲癇患者寄希望於手術治療，而一部分接受致癇區切除手術的患者反而出現更頻繁的癲癇發作。這絕不是罕見現象，在美國每年約有500例這樣的情況。

Kullmann希望基因治療能規避這種情況的發生。他的團隊和其他人正在研究將不同的基因導入癲癇患者的大腦從而在時間上和空間上實現特異性抑製癲癇。

癲癇有多種形式。癲癇被定義為不同性質、強度和頻率的反覆刻板樣發作，這種疾病可以由多種原因引起，以不同的方式發展，影響大腦的不同結構。

癲癇既可以是局灶性的，即發作開始於特定的大腦區域，也可以是廣泛性的，即發作產生在大腦的多個區域。局灶性癲癇更為常見，根據癲癇發作是局灶性發作還是全面性發作還可以對癲癇進行下一步細分。

此外，誘發癲癇的致癇灶的大小也存在差異，獨立性病灶可能能被移除，但是如果其與重要的腦區聯繫，該患者仍無法手術。

大腦的工作本質上是通過電-化學-電的形式進行，神經突觸釋放化學神經遞質作為中介，將電信號從一個神經元傳遞到另一個神經元。興奮性神經元釋放神經遞質從而興奮鄰近細胞的電活動，而抑製性神經元釋放神經遞質抑製電活動。

癲癇發作時大腦的電活動失控，在此期間興奮和抑製之間失去了正常的平衡。目前的抗癲癇藥物要麼抑製興奮要麼增強抑製已達到新的平衡。但它們不分青紅皂白地在整個神經系統中發揮作用從而產生廣泛的副作用。

相比之下，目前的基因治療策略是使用無害的病毒將一到兩個治療基因導入局灶性癲癇患者特定的致癇組織中。來自瑞典隆德大學從事這一領域研究的神經科學家Merab Kokaia認為，基因治療更為個人化、更有針對性，而且可能副作用更少，因為我們治療的是需要治療的組織，而不是整個身體。基因治療目前主要針對局灶性癲癇，而全面性癲癇的治療可能需要更長時間的發展。

癲癇患者大腦中神經肽Y (NPY)的含量增加，這種化學物質是某些神經元在特別活躍時釋放的。NPY作用於5個受體，Y1到Y5，其中一些是興奮性的，一些是抑製性的。

值得注意的是，起著強烈抑製神經遞質釋放作用的Y2水準更高。總的來說，NPY的積累及其受體水準的改變似乎代表了一種適應性反應，這表明我們的大腦在失控時仍存在抑製興奮性的代償。

2004年，研究人員利用病毒載體將NPY基因導入癲癇模型鼠的腦中。NPY的過表達降低癲癇發作的頻率。其他的動物實驗也表明，過表達另一種神經肽-甘丙肽同樣能抑製癲癇發作。

Kokaia開始嘗試引入神經肽及其受體的基因。他發現單獨過表達NPY會降低發作頻率，但同時過表達抑性的Y2受體會顯著提高抗癲癇治療效果。Kokaia說:"我們試圖通過基因療法來促進大腦的自然反應"。

2015年，Kokaia在瑞典隆德聯合創立了CombiGene公司，對這項技術進行商業開發。在過去的兩年中，CombiGene證實了NPY-Y2聯合治療(現在稱為CG01)在嚙齒類動物癲癇模型中發揮抗癲癇作用。

該公司也已經成功地將NPY和Y2基因導入了癲癇患者的腦組織中。基於人類腦組織的研究也證明由於人類神經元缺乏對其的功能受體，甘丙肽不能發揮抗癇作用。

Kullmann進入癲癇研究領域極其偶然。他的團隊彼時正在致力於研究另一種神經系統疾病，即間歇性共濟失調。他們利用電壓門控鉀通道—Kv1.1，這是在一種應用電學原理降低神經元興奮性的離子通道。該小組製造了能將編碼Kv1.1的基因轉移到神經元中的一種病毒。因為附近的一個實驗室經常使用嚙齒動物的癲癇模型，Kullmann和他的同事在這些動物測試這一技術。2012年發表的研究結果顯示，導入Kv1.1編碼基因後癲癇發作的頻率大幅下降。

Kullmann和倫敦大學的同事Stephanie Schorge在三個不同的動物模型中觀察到這種效應後，開發了一種病毒載體，它將一種經過修飾的Kv1.1基因特異性引入興奮性神經元，其他類型細胞中此不表達。原則上，CG01或Kv1.1可以長期抑製單次注射後的癲癇發作，其基因可以在表達的神經元上持續發揮作用進而穩定神經元興奮性。

轉化醫學以廣泛使用的基礎研究的基因治療的技術為基礎開發出若乾可應用於臨床的替代方法。這些方法更加複雜，但與CG01或Kv1.1相比具有潛在優勢。

例如，視蛋白是一種被光激活的膜蛋白，編碼它們的基因是從微生物中分離出來的。當光照時，一些膜蛋白興奮神經元，而另一些抑製神經元。研究視蛋白最大的吸引力在於，當大腦功能正常時，它們可以在神經元中保持惰性，只有在需要時才會被激活。

來自明尼阿波裡斯市明尼蘇達大學的神經學家Esther Krook-Magnuson已經證明，應用視蛋白可以控制老鼠的癲癇發作。她的研究小組將抑製性視蛋白導入大鼠致癇區內，然後植入電極觀察大鼠發作狀況，同時利用光纖激活視蛋白。自動檢測程式探測一旦檢測到首發的癲癇活動異常放電，光路打開，癲癇發作提前解除。

Krook-Magnuson指出，將電極和光源植入人體的損傷將小於目前切除大腦某個區域的手術治療。然而，這個系統需要一種可靠的癲癇檢測方法、有效的光傳遞技術以及一種將適量的病毒導入特異性神經元的方法。在應用於臨床前，必須對所有這三個組件進行優化。

光刺激部分的神經元（示意圖）

DREADDs是利用基因工程技術設計的受體，就像視蛋白一樣，除非受到刺激，一般情況下它們會靜靜地大腦裡。但這種刺激是一種藥物，而不是光照。

Kullmann和Kokaia都發現，當編碼抑製DREADDs的基因通過病毒載體導入癲癇模型的致癇區時，DREADDs可以抑製癲癇發作。如果將這種療法應用於人類，人們可能會以與目前癲癇藥物類似的方式定期服用這種激活藥物，但好處是藥物僅作用於DREADDs轉染的腦組織中。或者，人們可以通過植入自動反饋的閉環藥物輸送系統，當這一系統探測到癲癇發作的第一個跡象時就釋放藥物。

Kullmann還在探索一種最初在線蟲中發現的離子通道。在線蟲中，谷氨酸門控的氯離子(GluCl)通道是一種被谷氨酸神經遞質激活的抑製性離子通道。但在哺乳動物中，谷氨酸是主要的興奮性神經遞質，在癲癇發作期間驅動過度興奮的電活動，沒有一種穀氨酸受體是抑製性的。

Kullmann和他的同事Andreas Lieb對基因工程製作的使用藥物激活的GluCl通道的很感興趣，但隨後他們了解到，GluCl的突變可以改變其對谷氨酸的敏感性。如果他們利用突變的GluCl通道，它對正常水準的谷氨酸不敏感，但在癲癇發作時被高水準的谷氨酸激活。

這可能成為新型的基因治療方法:一個重新編碼的抑製性的離子通道，通常是不活躍的，但在癲癇發作時被激活。早期的試驗結果令人鼓舞:在兩個大鼠模型中，GluCl都降低了發作頻率。

圖片為Kullmann 在倫敦大學實驗室進行指導研究

今年1月，CombiGene與倫敦細胞與基因治療中心合作，推動CG01的臨床試驗。今年4月，Kullmann從英國醫學研究委員會獲得了近200萬英鎊(約250萬美元)的資助，將改良後的Kv1.1推廣到臨床。

一些技術上的障礙仍然存在。人類大腦的體積大約是已測試過病毒載體的老鼠大腦的700倍。但使用NPY-Y2和Kv1.1的一個主要優勢是，它們來自人類基因，因此不太可能引發免疫反應。

相比之下，來自線蟲的微生物的視蛋白和GluCl則有被免疫系統排斥的風險。CombiGene公司首席執行長尼爾森希望基因療法可以適用於所有藥物難治性的局灶性癲癇患者，包括因切除組織體積較大或位置不佳的患者。

但就目前而言，CombiGene和Kullmann的研究小組正在計劃進行安全性和耐受性試驗，試驗將隻涉及正在等待手術的藥物難治性癲癇患者。這並不是因為這個群體是基因治療的唯一預期接受者，而是因為他們提供了一個獨特的機會。

這種病毒很可能是在術前探測致癇區時注射，然後在患者等待手術的數周至數月期間，病毒進入神經元並儲存其遺傳資訊。在第一階段的試驗中，外科醫生肯定會切除致癇區。研究人員利用切除組織仔細檢查基因傳遞是否有效，並將提供一種故障安全機制，以便在出現任何安全問題時切除轉基因組織。

另一種選擇是人們可以選擇不做手術。如果基因療法要被批準用於癲癇，就需要進行大量更大規模、更嚴格的對照試驗，專門研究癲癇的抗癲癇效果。但是庫爾曼自己設想的第一次探前期臨床試驗的最佳情況。他說，那些在基因治療後停止癲癇發作的人，可能選擇不做手術，選擇通過DNA而不是服用傳統藥物來控制癲癇發作的策略。

參考文獻：

Drew L. Gene therapy targets epilepsy. Nature (2018) 564(7735):S10-S1. doi: 10.1038/d41586-018-07644-y. PubMed PMID: 30542182.

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