申有青

（浙江大學化學工程與生物工程學院，浙江 杭州 310058）

自從DNA雙螺旋結構和中心法則被人類發(fā)現以后，人類就希望通過干預遺傳信息來進行疾病治療。這類通過分子生物學的方法將正常的或有治療作用的基因序列導入細胞中，用于糾正或補償基因的缺陷，從而達到對疾病治療效果的療法被稱為基因療法?；虔煼ㄊ且环N非常有前景的疾病治療策略，對遺傳性疾病、病毒感染和癌癥等都有很好的療效。而由于基因治療的核酸及所需蛋白質存在電荷較高、體積較大等問題，很難獨自穿過細胞膜進入細胞中。因此，只有借助于合適的遞送系統(tǒng)才能進入胞內，實現治療作用。事實上，早在20世紀70年代，美國著名科學家Friedmann和Roblin就已經提出了基因治療的概念，但苦于沒有很好的遞送系統(tǒng)，一直都無法實現臨床的應用。直到病毒和非病毒基因遞送系統(tǒng)逐漸被人類開發(fā)出來，基因療法才實現了跨越式的發(fā)展，特別是mRNA新冠疫苗的成功開發(fā)，掀起了全球基因治療研究的熱潮。目前已有多種基于核酸的藥物被開發(fā)出來或正處于臨床研究階段，核酸藥物也因此被業(yè)界認為是繼小分子和抗體藥物后的第三大類藥物。

1 病毒載體作為遞送系統(tǒng)發(fā)揮的重要作用

在數百萬年的進化過程中，病毒通過自然進化克服了生物體內的遞送障礙，適應了生物體內的環(huán)境，能在宿主細胞中實現生存和復制，將核酸運送到各種類型的細胞中?；谶@些特性，病毒是核酸藥物的天然載體，可將基因、核酸或者其他的遺傳物質運送到靶點組織、靶點細胞并產生治療作用，多種病毒載體已經被開發(fā)用于基因治療。病毒載體的主要優(yōu)勢就是其能夠保護其中的核酸藥物免受生物降解，同時具有優(yōu)良的跨越細胞屏障的能力。1999年，第一項基因療法的臨床試驗就采用了病毒載體，并且被證明是成功的。2003年，我國批準了世界第一款基因治療藥物（Gendicine），其被用于頭頸癌治療，使用的是重組的腺病毒（AV）。2012年，歐洲藥品管理局（EMA）也批準了其首個基因治療藥物（Glybera）用于脂蛋白脂肪酶缺乏癥的治療，該藥使用了腺相關病毒（AAV）載體。美國FDA于2017年才批準其第一款基因治療藥物（Kymriah），該產品是以慢病毒（LV）為載體的CAR-T療法。到目前為止，應用于基因治療的病毒載體主要包括AV、AAV和LV等。令人興奮的是，已經有超過12款基于病毒載體的基因治療藥物被批準用于癌癥、傳染病、單基因遺傳病等疾病的治療，且其臨床應用范圍還在不斷擴大。目前，以病毒作為載體的基因療法的臨床試驗已經超過了1 000項,充分展現了病毒載體在基因治療中的廣闊前景。

2 非病毒載體的興起與發(fā)展

雖然病毒載體具有高轉染效率的優(yōu)勢，是基因療法中常用的載體，但由于其裝載能力有限、免疫原性以及誘發(fā)突變等風險，它們的應用受到嚴重的限制。此外，由于病毒攜帶的基因會在細胞中長期表達，可能產生較嚴重的毒副作用。而非病毒載體因其免疫原性低、安全性高、穩(wěn)定性高和易于化學修飾等優(yōu)點受到了越來越多的關注和重視。此外，非病毒載體也易于大規(guī)模制備，同時不受遞送的基因序列大小的限制?；诖耍罅康姆遣《净蜻f送載體[如聚合物材料、無機納米材料、細胞穿膜肽、陽離子脂質、N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）等]被開發(fā)用于基因治療。其中，脂質納米粒（LNP）和GalNAc這2種遞送系統(tǒng)已在臨床中實現了大規(guī)模的應用。早在2018年，FDA就批準了第一款siRNA藥物patisiran，用于治療遺傳性轉甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR），該產品使用的就是LNP遞送系統(tǒng)。近來獲準上市的2款mRNA新冠疫苗BNT162b2、mRNA-1273，也使用了LNP遞送系統(tǒng)。目前，這2款疫苗在全球被接種了超過數十億劑。此外，多項基于LNP的病毒疫苗和腫瘤疫苗正處于臨床試驗中。GalNAc遞送技術是將GalNAc修飾的小干擾RNA用于肝細胞的靶向遞送。GalNAc對脫唾液酸糖蛋白（ASGPR）有很高的親和力，ASGPR是一種數量眾多的異源低聚物的內吞型受體，只在肝臟實質細胞的細胞膜上有大量表達，能特異性地識別并結合GalNAc。目前第1個GalNAc修飾的siRNA藥物Givlaari已經于2019年被FDA批準用于治療12歲及以上青少年和成人的急性肝卟啉癥（AHP），且多項基于GalNAc技術的小RNA藥物正處于臨床研究中。以上例子表明非病毒載體已經在基因治療中取得了巨大的突破。然而需強調的是，非病毒載體也存在一些缺陷，比如相比于病毒載體，非病毒載體的轉染效率低、基因轉染機制不清和宿主細胞反應機制是人們關注的主要問題。另外，目前關于非病毒遞送載體的研究絕大部分還是集中于肝臟遞送，如何實現肝外組織或者器官的靶向遞送，仍然未有效突破。解決好上述問題，將有助于非病毒載體用于更多疾病的預防及治療。

3 本期文章點評

目前，以新型遞送系統(tǒng)為基礎的基因療法是國內外藥物研究中一個熱點話題。本期“基因藥物遞送系統(tǒng)的創(chuàng)新與應用”專題，邀請了來自學術界和產業(yè)界的專家學者，結合自身的研究領域對基因藥物遞送系統(tǒng)的國內外最新研究進展進行了較為詳細的介紹。

由中國藥科大學藥學院姜虎林教授團隊撰寫的《線粒體單基因突變罕見病的基因治療研究進展》，介紹了線粒體單基因突變罕見病的致病機制和目前的困境，包括難以診斷、難以治療甚至無藥可治，以及給社會和家庭帶來的危害和負擔?；蚪M學、基因編輯技術和基因藥物遞送系統(tǒng)的發(fā)展，為這些線粒體單基因突變罕見病的治療帶來了希望。作者以具有代表性的線粒體單基因突變遺傳病——線粒體腦肌病伴高乳酸血癥和腦卒中樣發(fā)作（MELAS）綜合征、肌陣攣性癲癇伴不規(guī)則紅纖維（MERRF）綜合征以及Leber遺傳性視神經病變（LHON）為例，對其病理特征、基因藥物遞送的難點以及目前的臨床研究現狀等進行了系統(tǒng)的綜述。此外，作者同時對線粒體單基因突變罕見病治療面臨的挑戰(zhàn)和前景也予以較為詳細的討論。

由浙江大學藥學院平淵教授團隊撰寫的《智能刺激響應型基因編輯工具遞送系統(tǒng)研究進展》對智能響應藥物遞送系統(tǒng)用于基因編輯工具（CRISPRCas9）的遞送這一前沿領域進行了較為深度的綜述。平淵教授課題組近年來一直致力于智能藥物遞送系統(tǒng)用于生物大分子的精準遞送，特別是對于CRISPR-Cas9基因組編輯工具（質粒、mRNA、核糖核蛋白）的遞送。本綜述中，作者介紹了目前病毒和非病毒載體的研究進展和各自的優(yōu)缺點，以及學術界和產業(yè)界重點關注的用于CRISPR-Cas9基因編輯工具遞送的載體的發(fā)展現狀。文章分別詳細介紹了內源性（pH值、氧化還原因子、酶等）和外源性（聲、光、電、磁和小分子等）的刺激響應性載體在CRISPR-Csa9工具遞送中的應用，為基因治療產品的深度開發(fā)提供了有益的思路與參考。

疾病部位的氧化還原環(huán)境與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關?；谶@一病理特征，研究人員借助于氧化還原敏感基團，開發(fā)了一系列氧化還原響應型藥物遞送系統(tǒng)，用于實現核酸藥物的按需遞送。由中國藥科大學藥物科學研究院劉瀟璇教授與朱丹丹博士等撰寫的《氧化還原響應型聚合物在核酸藥物遞送系統(tǒng)中的應用研究進展》，詳細介紹了疾病部位的氧化還原微環(huán)境，對各類不同的氧化還原響應型核酸藥物遞送系統(tǒng)用于癌癥及炎癥等疾病治療的思路及最新研究進展進行了歸納和總結，并討論了氧化還原響應型核酸遞送系統(tǒng)的合理構建與設計策略，同時提出了這些遞送系統(tǒng)的前景、挑戰(zhàn)以及在臨床轉化方面的思考。

由哈藥集團產品戰(zhàn)略總監(jiān)、立項部總監(jiān)魏利軍先生與立項部高級經理陳歡博士撰寫的《RNA藥物非病毒遞送系統(tǒng)研究進展》，介紹了RNA藥物的發(fā)展歷程和目前已經上市的以RNA為基礎的代表性藥物，并重點對目前已投入產業(yè)應用的RNA藥物遞送系統(tǒng)進行了較為系統(tǒng)的綜述，主要包括LNP遞送系統(tǒng)、生物偶聯遞送系統(tǒng)（特別是基于GalNAc技術的偶聯遞送系統(tǒng)），以及外泌體載體遞送技術。作者同時對這些非病毒遞送技術目前的難點、痛點和未來的發(fā)展方向進行了綜合評價。

4 結語與展望

2020年，隨著全球新冠疫情的蔓延，輝瑞和莫德娜的兩款新冠疫苗被快速地研發(fā)并推向市場，以LNP為代表的新型核酸藥物遞送系統(tǒng)在疫苗研發(fā)中起到了至關重要的作用，間接說明了遞送系統(tǒng)對于基因療法的核心作用。以上4篇綜述，分別從多個角度介紹了目前核酸及基因藥物遞送系統(tǒng)的研究現狀，雖然分別關注不同背景的藥物遞送系統(tǒng)，思考的角度也不盡相同且各具特色，但最終均聚焦于基因治療這一點，說明新型的藥物遞送已經是基因藥物發(fā)展非常重要的瓶頸。如何開發(fā)智能、精準的基因及核酸藥物遞送系統(tǒng)，進一步提高遞送效率、降低遞送系統(tǒng)的毒性、實現對肝臟外其他組織和器官的特異性遞送將是目前基因遞送系統(tǒng)領域的研究熱點，同時以臨床需求為導向來開發(fā)新型的基因遞送系統(tǒng)也是值得認真思考、努力探索的問題。另外，隨著細胞對核酸藥物的攝取轉運機制和疾病發(fā)病機制研究的更加深入，以新型核酸遞送系統(tǒng)為基礎的基因治療必將獲得更大的突破和成功。以基因編輯技術（如CRISPR/Cas9）為基礎的基因精準改造技術的發(fā)展，將會推動基因治療迅速拓展其疾病治療范圍，邁向一個新的時代?？梢韵嘈牛诓痪玫奈磥?，新型基因遞送系統(tǒng)和基因編輯技術將提供更多個性化、精準的治療手段，造福廣大患者。

致謝：

本文在撰寫過程中得到浙江大學藥學院平淵教授與郭家晶博士的大力協(xié)助，在此表示感謝！