“特洛伊木馬”抗體與基因治療，如何攻進下一城：腦部疾病
01
攻克血腦屏障有多難？
硬化症、帕金森病、阿爾茨海默病、癲癇、腦部腫瘤等疾病，它們都很難治療，這是因為大腦受到血腦屏障的保護。
血腦屏障（BBB），一層緊密堆積的細胞，排列在大腦的血管中，可以阻止毒素、病原體和一些營養物質進入大腦，是大腦為保護中樞神經系統免受傷害而形成的一個重要進化機制。
然而，BBB也是治療藥物進入大腦內部的一個主要障礙，
阻止了98%以上的小分子藥物和幾乎100%的大分子藥物在大腦中發揮治療作用。
有研究證明，治療性抗體在靜脈或者腹腔注射給藥後，它們在大腦中的水平僅相當於血漿中水平的0。01-0。1%，較低的藥物濃度也導致抗體無法充分的發揮藥效。
不過越來越多的技術策略逐漸突破了傳統方法在BBB中的障礙。超聲波、小分子、雙抗、蛋白藥，以及一些新的遞送技術，如奈米顆粒、外泌體、病毒載體等，基於各自特殊的技術創新展現出改善方法，在神經系統相關疾病中顯示出治療潛力。
突破BBB的臨床階段產品
（圖片來源：
Nat Rev Drug Discov
）
02
基於受體介導胞吞作用的抗體藥
科學家們已經開發了多種方法來增強大分子的BBB穿透性，改善藥物在大腦中的暴露量。其中，透過靶向BBB細胞上高表達的受體，
利用受體介導的胞吞作用 (RMT) 來跨越BBB，是目前BBB遞送研究最廣泛的策略之一。
基於RMT作用，經過改造的藥物分子，在與腦血管內壁的特定受體結合後，可被內吞進入血管內皮細胞，然後透過跨細胞轉運作用，將藥物釋放在腦組織一側。這個過程對藥物分子喬裝改扮矇混過關，因此又被稱為
“分子特洛伊木馬”
的方法。
目前，RMT受體例如轉鐵蛋白受體 （TfR）、 胰島素受體（IR）、 低密度脂蛋白受體 （LDLR）等靶蛋白已成功用於開發抗體、融合蛋白等大分子藥。
正在利用RMT作用進行藥物開發的公司及技術方法
（圖片來源：
Nat Rev Drug Discov
）
靶向TfR
這些受體中，基於TfR的方法已有產品上市 。2021年，日本厚生勞動省（MHLW）批准了JCR Pharmaceuticals公司Izcargo（pabinafusp alfa）上市，用於治療黏多糖貯積症II型（MPS II，又名亨特綜合徵）。
Pabinafusp alfa（JR-141）是一種TfR抗體與溶酶體酶的融合蛋白，也是世界上首款獲得監管機構批准、能夠穿越BBB的酶替代療法。
今年2月，pabinafusp alfa（JR-141）的全球3期臨床試驗在美完成首位患者給藥。
pabinafusp alfa介導的BBB遞送
（圖片來源：羅氏）
羅氏/Genentech公司RG6102（RO7126209）是一款基於CrossMab技術的2+1形式雙特異性抗體
，用於治療阿爾茨海默病。
RG6102又稱brain shuttle gantenerumab，也是羅氏抗澱粉樣蛋白-β（Aβ）單抗藥物Gantenerumab的加強版。RG6102透過靶向TfR和Aβ，使之穿透血腦屏障，改善了大腦暴露量，防止斑塊形成。
目前，RO7126209已進入了治療前驅或輕中度阿爾茨海默病的II期臨床試驗（NCT04639050）。
TfR/Aβ雙抗
（圖片來源：羅氏）
Denali Therapeutics
公司的方法沒有直接使用抗TfR抗體，而是工程化改造Fc結構域，使其具有和TfR結合的能力。
該策略同樣能夠透過RMT作用將藥物傳遞到大腦中，將大腦中的藥物暴露量提高10到30倍。
Denali公司專有的工程化Fc片段對Fc端的CH3區域的9個氨基酸進行突變，改造後的Fc能夠與兩個具有相同表位的Fab臂（模仿IgG抗體）或兩個具有不同表位的Fab臂融合（模擬雙特異性抗體），以產生BBB穿透性的抗體。另外，該策略也可以用於其它蛋白類藥物，例如酶的運輸（NCT04251026）。
特殊的Fc片段
（圖片來源：Denali Therapeutics）
不過，雖然當前抗體及其他蛋白質藥物的這些最佳化方法，已經能夠將在大腦中的藥物濃度提升數十倍，但大腦中藥物的絕對水平仍然很低，可能不到血漿中藥物的2%。更多突破血腦屏障的方法正在不斷的被探索和挖掘中，例如基於AAV病毒載體的基因療法。
03
基於AAV載體的基因治療
自2015年以來，使用AAV衣殼遞送至中樞神經系統（CNS）的藥物的試驗數量有所增加，這反映出基因治療在CNS疾病中表現出潛力。FDA在2019年批准了Zolgensma用於治療1型脊髓性肌萎縮症，這是第一個成功的基於AAV的中樞神經系統疾病基因療法。
目前治療帕金森症、阿爾茨海默病、罕見單基因疾病等CNS適應症的AAV基因治療均已處在臨床試驗之中。
類似於特洛伊木馬，AAV衣殼經過特殊設計可以編碼各種神經治療性轉基因，透過與神經血管內皮細胞的表面蛋白結合進入腦實質，觸發受體介導的胞吞作用。
對於CNS疾病， AAV基因治療可提供了三種策略：a。 最常見的是透過遞送轉基因進行基因置換；b。 抗體表達是傳統被動免疫的有希望的替代方案；c。 RNA干擾（RNAi）或基因編輯進行基因沉默。
給藥方式上，CNS基因治療最早開始運用的是腦實質內（IPa）給藥。鞘內（IT）、腦室內（ICV）給藥也已經在多種臨床前試驗中進行了測試。
此外，越來越多的研究也開始採用非侵入式的方法。靜脈內給藥（IV）具有將基因轉移至整個CNS並且更均勻分佈的潛力；肌肉注射（IM）遞送AAV載體可以替代用於靶向CNS的抗體治療劑。
AAV衣殼
AAV基因治療靶向神經系統疾病的潛力主要由衣殼決定。
天然AAV病毒在大腦的感染率並不高，如今越來越多的AAV變體正在不斷產生，以攻克血腦屏障的難題。
前幾日，輝瑞（Pfizer）公司獲得了Voyager Therapeutics公司TRACER衣殼發現平臺生成的新型AAV衣殼的授權，以實現針對未公開的罕見神經疾病靶點的潛在基因治療專案。
Voyager公司技術還曾與諾華（Novartis）達成總額高達17。5億美元的合作協議，共同開發突破血腦屏障、靶向中樞神經系統的新型AAV載體。
TRACER平臺
產生的一組特異性AAV衣殼在非人靈長類動物（NHP）中已顯示出卓越的血腦屏障穿透能力，顯著增加對腦和脊髓的靶向性。研究顯示，與常規AAV9相比，當靜脈給藥NHP時，該AAV衣殼在廣泛的大腦區域中顯示出超過 1000 倍的轉基因表達水平（透過mRNA水平測量）。
利用AAV治療CNS的三種策略
（圖片來源：Voyager）
說到衣殼發現，不得不提的是Dyno Therapeutics 公司
基於AI的AAV衣殼設計平臺CapsidMap
，該平臺從人類遺傳學大牛喬治·丘奇（George Church）博士實驗室脫穎而出，也受到了諾華、羅氏等製藥巨頭的看好，共同開發CNS等領域的基因治療。
CapsidMap使用先進的AI機器學習搜尋演算法，結合高通量的實驗生成大量的體內資料，加速建立新穎的合成AAV衣殼，克服傳統AAV的遞送侷限。
正在開發CNS基因治療的的部分公司及技術方法
（圖片來源：
Nat Rev Drug Discov
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然而，利用AAV進行腦部藥物遞送尚處於起步階段，
裝載大小限制、靶向能力、轉導效率、免疫原性、預存免疫、新型跨物種相容性等，都是AAV載體開發未來突破的關鍵，也是當前的主要研究方向。
SUMMARY
小結
涉及大腦的神經學領域是人類科學最舉步維艱的地方之一。目前針對血腦屏障各路方法雖都存在特有的優勢，但也有相應的侷限性。
大分子藥已有上市產品，但當前的最佳化方法並未使得抗體、融合蛋白在大腦中達到比較理想的暴露量。
AAV作為神經相關疾病領域的新興手段，近年來研究成果頗豐，大廠紛紛入局，但跨越重重障礙還有很長的路要走。
參考資料：
Terstappen， G。C。， Meyer， A。H。， Bell， R。D。 et al。 Strategies for delivering therapeutics across the blood–brain barrier。 Nat Rev Drug Discov 20， 362–383 （2021）。 https：//doi。org/10。1038/s41573-021-00139-y
