文 | cageling
近期，Nature子刊 Gene Therapy 在線發表了題為 「Gene therapy development in hearing research in China」 的綜述文章[1]。本文回顧了耳蝸基因轉染的手術路徑和可能的靶點基因，同時也總結了基因治療聽力損失的現有臨床試驗和當前的挑戰。
感音神經性聽力損失(Sensorineural hearing loss, SNHL)是最常見的感覺障礙之一。根據世界衛生組織(WHO)的數據，聽力損失影響著全世界約4.66億人，其中包括3400萬兒童。據最新報導，中國大約有2700萬人患有致殘聽力損失，其中包括13萬兒童。
SNHL由遺傳和非遺傳原因(如噪音暴露、耳毒性藥物)引起，在90%的人類聽力損失病例中，SNHL會導致感覺細胞和神經元死亡或損傷。迄今為止，已有150多個基因被確定為非症候群性和症候群性聽力損失的病因。此外，導致聽力喪失的衰老和其他外源性因素(如噪音、耳毒性藥物、感染)也往往與特定基因變異相互作用，決定感覺細胞和神經元損傷的程度。
近幾十年來，基因療法成為了新興的疾病治療手段。美國的Luxturna®(voretigene neparvovec，2017)和歐洲的Zolgensma® (onasemnogene abeparvovec，2019)兩種基於腺相關病毒(AAV)的基因治療藥物已分別被批准用於治療萊伯氏先天性黑蒙症和脊髓性肌萎縮症。耳聾小鼠模型和基因治療技術的快速發展使基因療法治療聽力損失成為可能。
目前已測試了幾種用於耳蝸基因治療的方法，包括(1)用野生型序列替代引起耳聾的功能缺失突變基因序列；(2)通過短幹擾RNA (short interfering RNA, siRNA)或基因編輯技術等遺傳幹擾手段，敲除或失活獲得功能突變相關的基因；以及(3)將新基因導入細胞以減輕或防止漸進性聽力損失。基因傳遞載體的設計和生產的發展，以及對耳聾相關分子遺傳和生物學機制的迅速了解，使耳蝸基因治療領域取得了巨大進步。
耳蝸基因轉染的手術路徑
耳蝸的基因轉染可以通過向耳蝸外淋巴管或內淋巴管注入靶基因來實現。通過耳蝸造口術、管道造口術或圓窗膜（round window Membrane, RWM）路徑已經發展出了幾種手術路徑 (圖1)。雖然耳蝸造口術提供了相對較高的轉染效率，但由於耳蝸內部結構損傷，該方法存在較高的聽力損失風險。理想的傳遞方法是以最小的損傷提高轉染效率。最近，Jun等研究表明，在成年小鼠中管道造口術是合適的，不會引起聽覺障礙。RWM方法是臨床小分子轉染的可行方法。之前，實驗證明經膠原酶預處理的RWM可以提高成年豚鼠和新生小鼠的病毒穿透效率。耳蝸基因治療還需要在大型動物模型上進一步驗證。最近，Yang等人通過RWM和後規管入路將AAV1-CMV-GFP送入Bama小型豬耳蝸，結果表明，在大型動物模型中，管道造口術是一種理想的內耳基因傳遞手術選擇。
圖1 耳蝸結構及手術注射路徑示意圖
可能成為基因治療的靶點基因
SNHL通常是由基因突變、感染、自身免疫性內耳疾病、耳毒性藥物、過度接觸噪音和衰老引起的。然而，大多數聽力損失是由遺傳易感性造成的。這裡，本文總結了中國導致先天性聽力喪失的遺傳因素以及可能成為基因治療的靶點基因(表1)。
表1 中國研究人員發現並驗證的導致先天性聽力損失的基因
目前的臨床試驗
目前，基因治療聽力損失的臨床試驗仍處於初級階段。本文搜索了美國和歐盟的臨床試驗註冊網站以及世界衛生組織的國際臨床試驗註冊平臺，使用以下搜索詞「genetic modulation」, 「gene therapy」, 「genetic therapy」 和 「hearing loss」, 「deafness」,
「hearing disorders」，查到四個正在進行的基因治療臨床試驗。
第一項臨床試驗由諾華公司贊助，I期臨床試驗評估內耳迷路內輸注CGF166治療深度聽力損失的安全性、耐受性和有效性。CGF166是一種重組腺病毒5載體，含有編碼人類無調性轉錄因子(Hath1)的cDNA(clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02132130)。
第二項臨床試驗中，Gary Housley教授在澳大利亞雪梨對人工耳蝸植入患者進行了I/II期非隨機、多中心、對照評估，以評估編碼神經營養素(BDNF和NT3)裸DNA的安全性和有效性(ACTRN12618001556235)。
第三項臨床試驗是在倫敦進行的I/II期臨床試驗，評估Notch抑制劑LY3056480治療輕中度SNHL的安全性和有效性(http://www.isrctn.com/ISRCTN59733689)。經鼓室注射LY3056480，幹預劑量遞增。
第四項臨床試驗正在法國進行，目的是評估AAV載體在人造血幹細胞中的轉染效率。簡單地說，分離人造血幹細胞，並探討了AAV在體外轉染人造血幹細胞的有效性(clinicaltrials.gov/ct2/show/study/NCT03996824)。
到目前為止，我國還沒有對聽力損失患者進行基因治療的臨床試驗。然而，我們相信，隨著技術在臨床前試驗中不斷應用，未來將有更多的患者受益於基因治療。
最近，Decibel Therapeutics公司推出了針對耳畸蛋白（otoferlin）缺乏(DB-OTO)的基因治療項目(https://www.decibeltx.com/pipeline/)。臨床前研究正在進行中，相關的人體臨床試驗預計將於2021年開始。
耳蝸基因治療的挑戰
目前，耳蝸基因治療仍面臨一定的挑戰，需要先進的測序技術來識別其他參與遺傳性聽力損失致病過程的基因。雖然大多數成功的治療集中在單基因遺傳性耳聾，但是單基因遺傳性耳聾患者人數相對較少。到目前為止，在進行性聽力損失中功能基因之間的複雜關係還沒有得到充分的闡明。
同時，基因治療的效果會受到採用的治療策略、受影響的耳蝸細胞以及引入候選基因的治療幹預窗口等因素多種因素的影響。確保靶基因在特定細胞類型中精確表達，避免脫靶效應是耳蝸基因治療研究者面臨的主要技術障礙。此外，儘管在小鼠聽力損失模型中，基因治療研究取得了巨大進展，但仍需要更大規模的動物模型研究來確保這些方法的有效性。綜上所述，基因傳遞載體的安全性、靶細胞特異性、轉染效率以及長期表達穩定性都受到技術因素的限制。
總之，考慮到耳蝸解剖學上與鄰近器官相對隔離，耳蝸基因治療具有不可估量的優勢。雖然耳蝸基因治療遠遠落後於基因治療視力喪失，但是耳蝸基因治療的未來是充滿希望的。聽力損失基因療法應用到現實世界還需要進一步改進。從技術上講，需要具有更高轉染效率、更精確細胞特異性和更少脫靶效應的載體。此外，與獲得性聽力損失相關的機制和關鍵基因仍有待闡明，未來的研究將可能為基因操作提供更準確的靶點。幸運的是，中國和世界各地的科學家都專注於探索和改進治療聽力損失的新技術，以及其潛在機制。我們對聽力損失的基因治療的未來持樂觀態度，這將涉及世界範圍內病毒學家、遺傳學家、聽力學家和耳鼻喉學家的持續合作。
參考文獻
[1] https://www.nature.com/articles/s41434-020-0177-1,doi.org/10.1038/s41434-020-0177-1