近年来，细胞与基因治疗无疑是生物创新药领域最炙手可热的赛道之一，其中，腺相关病毒（AAV）因其良好的安全性、靶向性及转染率，已成为基因治疗领域最重要的基因载体之一。截至目前为止，共有6款AAV疗法获批，其中一款已于2017年10退市。从临床试验的情况来看，神经、眼科、代谢等领域是AAV载体治疗的主要领域。根据Cortellis 2022数据，目前所有在研针对眼科疾病的AAV疗法有152个，252款针对神经类疾病，170款针对代谢类疾病，65款针对骨骼肌，46款针对血液疾病。
AAV作为一种通过一次给药实现终身治愈的药物，其适应症范围却非常局限，大多集中在了眼科疾病、神经类疾病以及代谢类疾病这三大类，甚至心血管疾病在近20年间临床试验数量开始减少。眼部属于免疫豁免区域，是环境封闭的小组织靶点，并且患者所需剂量较低，是基因治疗最理想的靶器官之一。那么，这种治疗手段为什么没有向其他适应症领域广泛扩展？这就要从AAV的结构开始说起。AAV是一种无包膜单链DNA病毒，由蛋白衣壳（capside）和长度为4.7kb的单链DNA基因组构成，而蛋白衣壳又由VP1，VP2，和VP3三个亚基组成。AAV的衣壳蛋白以二十面体的构型聚集在一起并且形成刺状突起，突起介导与靶向细胞表面蛋白质的相互作用，这也就使得不同衣壳蛋白的AAV载体具有了不同的靶向性。不同的AAV血清型具有不同的衣壳蛋白以及特殊的空间结构，AAV的免疫原性和组织靶向性都取决于AAV亚型或血清型。据不完全统计，全球范围内255项研究中，共有20种不同血清型的AAV疗法进入了临床试验阶段，其中，发现最早的AAV2仍是最常使用的血清型，占到全部研究数量的29.8%；其次是AAV9，占比达到了占比14.9%。这也就意味着，如果想要拓展新的适应症，或者提高AAV药物的靶向性，则需要在AAV衣壳上进一步研发。对于现在同质性逐渐提高的AAV赛道而言，不少创新药企正积极推进自身的衣壳发现平台，制药巨头则开始了新一轮的合作，通过License in或者其他模式，引入新的AAV衣壳与新的针对性靶点，开发有望成为“First in class”的下一代AAV疗法。➤ 2023年1月，Neurocrine Biosciences和Voyager Therapeutics宣布达成一项新的战略合作，Neurocrine将获得Voyager治疗帕金森的GBA1项目的全球权利，该基因疗法结合了GBA1基因替代有效载荷和Voyager公司TRACER平台的新型AAV衣壳，还包括另外三个未披露的项目，总金额预计达44亿美元。Voyager开发的TRACER技术平台可以快速高效地发现能有效穿越血脑屏障（BBB）且在多种物种（包括非人类灵长类）中具有加强的中枢神经系统（CNS）趋向性的AAV衣壳。与传统AAV9相比，该平台产生的一款衣壳将转基因在大脑不同脑区的表达水平提高了超1000倍。另外，Voyager正在扩展其优化的AAV衣壳库，有望生产出对骨骼肌、眼睛、肝脏和其他组织具有增强趋向性的衣壳。2022年3月8日，Voyager与诺华（Novartis）达成协议，授予后者AAV衣壳发现平台开发的创新AAV衣壳权益，针对3个未公布的CNS靶点，以及针对另外两个靶点衣壳的选择权；在2022年10月，辉瑞（Pfizer）也获得了Voyager TRACER衣壳发现平台生成的一种新型AAV衣壳的授权，以实现针对未公开的罕见神经疾病靶点的潜在基因治疗项目。➤ 2023年1月，Capsida Biotherapeutics宣布与礼来的全资子公司Prevail Therapeutics达成多年战略合作，开发用于严重疾病的基因药物。作为合作的一部分，Prevail将利用Capsida的新型AAV工程平台来识别和推进与Prevail的产品配对的临床可翻译衣壳，以开发针对已知会导致CNS严重疾病的特定靶点的最佳IV给药基因疗法。➤ 2022年7月19日，Avista宣布与罗氏建立合作关系，以开发用于眼睛的新型AAV基因治疗载体，使用Avista的单细胞AAV工程化平台技术（scAAVengr），开发与罗氏定义的衣壳特征相匹配的玻璃体内AAV衣壳。根据合作条款，罗氏有权评估和许可Avista的新型衣壳，并将负责使用这些新型衣壳进行基因治疗项目的临床前、临床和商业化活动，Avista将收到750万美元的预付款，总潜在交易价值可能超过10亿美元。➤ 2022年1月，Selecta Biosciences宣布与合成生物学细胞编程公司Ginkgo Bioworks合作开发下一代AAV衣壳，旨在提高AAV基因疗法的安全性和有效性。根据合作条款，Ginkgo有资格获得前期研发费用和里程碑付款，总和有可能达到11亿美元。Ginkgo将负责AAV衣壳的设计和工程化，Selecta还将负责后续的临床前和临床研究。从以上近一年大药企的动向来看，针对CNS的AAV衣壳改造已成为一大热门方向。虽然从近两年获批的AAV疗法来看，野生型AAV衣壳目前仍然占据主流，但在AAV基因治疗中，传统的野生AAV衣壳存在着靶向性弱、转导效率低以及装载量较小等问题。而从近一年来这些基因治疗领域领军企业的动向来看，新一代AAV载体将成为未来的一大趋势，开启AAV疗法2.0时代。目前主要的AAV衣壳改进策略主要包括合理设计、定向进化和计算设计（AI辅助）等几大类。而从制药巨头的合作方向来看，眼科与CNS疾病领域或将成为未来一段时间内AAV疗法发展的热门方向，并且在临床前研究中，针对CNS领域的AAV衣壳改造的论文也越来越多。上文中已经对AAV疗法在眼科疾病中的优势有所介绍，此处便不多加赘述。那么，AAV疗法在CNS疾病治疗领域又有什么特殊之处？治疗CNS领域疾病面临的最大问题就是如何穿越BBB。在2019年，有研究人员通过通过侧脑室内或静脉输注AAV9载体，成功穿越血脑屏障，达到了治疗疾病的效果，自此，AAV9载体成为了一种能够穿越血脑屏障、治疗中枢神经系统疾病的有效载体。目前针对CNS的衣壳改造主要还是以AAV9为主，这种血清型的AAV载体在脑和脊髓中分布广泛，同时靶向神经元和星形细胞，在静脉注射后更容易穿过血脑屏障。在2022年10月，美国哈佛大学团队在Nature子刊发文，利用Rational design成功对AAV9进行改造、优化以及筛选，得到的AAV.CPP.16可以高效跨越血脑屏障；加州大学团队改造出的AAV.CAP-B10可以在高效突破血脑屏障的同时不在肝脏富集。与此同时，AAV5也可以用于CNS领域的疾病，例如Voyager的TRACER衣壳发现平台识别出了一种新的AAV5衍生变体VCAP-100，与非人类灵长类动物传统AAV9衣壳相比，VCAP-100的脑转导和脊髓转导高20倍。除此之外，中科院徐富强团队研究出的rAAV11也可以高效逆行靶向投射神经元。这意味着，对野生型AAV衣壳改造可以突破原有的限制，无论是哪种野生型AAV，在特定靶向性的前提下都有突破限制、实现高效药物递送的潜力。这也就意味着，对于CNS领域疾病，乃至所有可以用基因疗法治疗的疾病领域而言，众多未发现的衣壳中仍有不少极具治疗潜力，对现有的AAV衣壳进行工程化改造也可以使其转导能力更上一层楼。近年来，AAV创新衣壳改造与衣壳发现平台越来越吸引大厂与投资人的目光，成为了新的“吸金利器”。AAV疗法可治疗的领域非常广泛，遗传性肌病、恶性肿瘤以及需要长及作用的疾病都可以通过这种治疗方法得到缓解。然而，传统AAV衣壳可装载量有限，靶向性以及转导效率都存在一定的缺陷，可适用的疾病治疗领域相对有限。因此，众多在这一领域进行研发的药企不可避免地面临着同质化的问题，必然需要通过创新来提高自身的竞争力，也惠及更多未能得到有效治疗的患者。大厂对于行业内公司而言无疑是一种“风向标”，这些制药巨头对于AAV衣壳以及CNS领域疾病的关注昭示着近几年的热门领域；而在未来，拥有衣壳发现与改造平台的创新药企还将不断改造现有的AAV衣壳、发现新的变体，或许也将使得AAV疗法在其他仍未受到关注领域取得令人侧目的突破。
2.Pupo,A., Fernández, A., Low, S. H., François, A., Suárez-Amarán, L., &Samulski, R. J. (2022). AAV Vectors: The Rubik’s Cube of Human GeneTherapy. Molecular Therapy.
