In a post-coronavirus disease 2019 (COVID-19) era, the future of gene therapy for OA is certainly promising; however, the majority of preclinical validation continues to focus heavily on post-traumatic models and changes in only cartilage and subchondral bone. To ensure successful translation, new candidates in the preclinical arena should be examined against all joint tissues as well as pain using diverse models of injury-, obesity-, and age-induced disease. Lastly, consideration must be given to strategies for repeat administration and the cost of treatment owing to the chronic nature of OA.

В отличие от моногенных заболеваний, генотерапия чаще всего изучается в области опорно-двигательного аппарата из-за ее потенциала для лечения сложных патологий, включая ОА. Независимо от патогенеза, большинство подходов направлены на анаболические, катаболические или воспалительные пути, чтобы способствовать заживлению и лечению заболевания.¹⁰ В прошлом основное внимание уделялось продвижению секретируемых факторов, таких как факторы роста и цитокины, до клинических испытаний, включая IL-1Ra, на кандидата противо-опухолевый фактор некроза альфа (TNF-α) (т.е,soluble TNF receptor II (sTNFRII)) и TGF-β1. Однако в последнее время исследователи стали уделять больше внимания изменению критических сигнальных путей за счет манипулирования с внутриклеточными медиаторами, такими как киназы и транскрипционные факторы. В следующем разделе мы приведем несколько примеров сигнальных механизмов, изучаемых для генотерапии ОА, признавая, что в настоящее время изучаются и многие другие, которые здесь не рассматриваются. В таблице I представлены кандидаты, проходящие клинические испытания, и соответствующие мишени, изучаемые до клинически, которые рассматриваются в данном обзоре. Там, где это уместно, мы также укажем на терапию малыми молекулами и рекомбинантными белками, которые были исследованы для каждой из них, и на то, как стратегии генотерапии могут устранить ограничения для этих традиционных стратегий лечения.

Аберрантная активация иммунной системы способствует патогенезу ОА и усиливает его течение.³⁷ При посттравматическом ОА первоначальный воспалительный ответ на травму обусловлен секрецией про-воспалительных цитокинов, включая IL-1β, TNF-α, IL-6 и другие, из клеток тканей сустава, а также резидентных и рекрутированных макрофагов и хелперных Т-клеток.² При типичной реакции на заживление ран (или травм) способствующие регенерации макрофаги активируются и, благодаря экспрессии противовоспалительных цитокинов, таких как IL-10, взаимодействуют с тканевыми стволовыми и иммунными клетками, способствуя восстановлению тканей³⁸. Однако при посттравматическом ОА в суставе сохраняется про-воспалительное состояние, которое приводит к гиперплазии синовиальной оболочки, разрушению хряща и устойчивой стимуляции ноцицептивных нейронов, вызывая хроническую боль и двигательные нарушения.^{37, 39} Считается, что за пределами ОА, связанного с травмой, системное воспаление, возникающее вследствие метаболической дисфункции (например, ожирения), делает синовиальные суставы, такие как коленный, восприимчивыми к ОА. Ожирение является одним из наиболее модифицируемых факторов риска развития ОА.⁴⁰ Помимо повышенного биомеханического стресса, у людей с ожирением (и мышей) наблюдаются более высокие уровни циркулирующих TNF-α, IL-1β и IL-6 в сыворотке крови, и именно эти медиаторы воспаления, вырабатываемые жировой клетчаткой, были связаны с патогенезом ОА, вызванного ожирением.^41-43 Действительно, работа Collins, K. H. et al. показывает, что жировая ткань (а не масса тела) является основным фактором повреждения хряща и болевого поведения в спонтанных и пост-травматических моделях мышей независимо от диеты.⁴³

Исторически сложилось так, что IL-1 считается одним из основных воспалительных цитокинов в патогенезе ОА на основании обширных исследований in vitro и in vivo, показавших, что он повышается в хрящевой и синовиальной ткани и его уровень коррелирует с изменениями при ОА³⁷. IL-1 усиливает воспаление при ОА, индуцируя другие медиаторы воспаления, и непосредственно способствует потере хрящевого внеклеточного матрикса (ECM), усиливая катаболизм хряща за счет повышения уровня внеклеточных протеолитических ферментов, таких как матриксные металлопротеиназы (MMP) и семейство A Disintegrin-like and Metalloproteinase with Thrombospondin Motifs (ADAMTS), одновременно подавляя синтез ECM хряща³⁷. В результате путь IL-1 долгое время считался идеальной мишенью для терапии ОА, поскольку его блокада могла бы обеспечить как симптоматическое лечение, так и модификацию заболевания.

IL-1Ra - эндогенное противовоспалительное средство, которое ингибирует IL-1-ассоциированную передачу сигналов путем связывания с рецептором IL-1 (IL-1R), экспрессируемым на синовиоцитах, хондроцитах и других типах клеток сустава, и блокирует его активацию.⁴⁴ С до клинической точки зрения, роль IL-1α/β в патогенезе ОА, а также эффективность IL-1Ra в качестве терапевтического средства могут зависеть от используемой хирургической модели.^45-47 В то же время гаплотип IL1RN TTG у людей, ассоциированный со снижением уровня IL-1Ra в плазме крови, был связан с более тяжелым рентгенографическим ОА и повышенным риском развития ОА, что позволяет предположить, что эндогенная сигнализация IL-1 действительно играет роль в патогенезе заболевания.⁴⁸ Рекомбинантный IL-1Ra доступен в виде препарата Anakinra, одобренного для лечения ревматоидного артрита (RA) и cryopyrin-ассоциированного периодического синдрома. Анакинра также оценивалась в рандомизированном двойном слепом плацебо-контролируемом клиническом исследовании среди пациентов с ОА коленного сустава.⁴⁹ В этом исследовании у пациентов, получивших однократную внутри-суставную инъекцию Анакинры, наблюдалось улучшение показателей боли в ранние сроки. К сожалению, через четыре недели после инъекции существенной разницы между группами, получавшими лечение и плацебо, не наблюдалось. Это исследование позволило предположить, что, хотя IL-1Ra может быть остро эффективен против ОА, его ограниченная биодоступность в суставе означает, что его эффект не может быть устойчивым.⁴⁹

Было изучено несколько стратегий генотерапии для доставки IL-1Ra в суставы при ОА с различной терапевтической эффективностью.^50-56 Важно отметить, что две генотерапии in vivo с использованием IL-1Ra, которые показали хорошие результаты в до-клинических моделях моноиодоацетата (MIA) и хирургически вызванного ОА, были доведены до клинических испытаний в США.^{53, 55, 56} Обе стратегии превращают клетки суставов в эндогенные фабрики по производству IL-1Ra, устраняя тем самым ограничения биодоступности Anakinra, а также других рекомбинантных препаратов, направленных на IL-1Ra. GNSC-001 - это внутрисуставная генотерапия in vivo, в которой используется sc-rAAV2.5, экспрессирующий человеческий IL-1Ra под контролем конститутивного промотора цитомегаловируса (CMV).⁵³

Первая фаза I клинического испытания GNSC-001 была завершена и последний раз обновлялась в апреле 2022 года (NCT02790723), данные ожидают рецензируемой публикации. PCRX-201/GQ-203 (ранее FX-201) - еще одна внутри-суставная генотерапия in vivo, в которой вместо гена используется HDV, экспрессирующий человеческий IL-1Ra под контролем промотора, реагирующего на воспаление. Первые до-клинические оценки показали, что HDV-опосредованная избыточная экспрессия IL-1Ra в контексте, вызывающем воспаление, может замедлить прогрессирование ОА и улучшить поведенческие показатели в мышиных и конных моделях пост-травматической болезни⁵⁵. Это было подтверждено в последующем исследовании, проведенном в 2021 году, где однократная внутри-суставная инъекция HDV, экспрессирующего крысиный IL-1Ra, через 7 дней после операции на передней крестообразной связке (ACLT) у крыс хорошо переносилась и уменьшала связанные с ОА изменения хряща, кости и синовиальной мембраны на 12 неделе.⁵⁶ Клиническое исследование 1 фазы для PCRX-201/GQ-203 завершено (NCT04119687), результаты которого ожидают рецензирования (см. таблицу I). В совокупности эти исследования убедительно доказывают, что локальная генотерапия in vivo хорошо переносится и может преодолеть ограничения, характерные для терапии ОА рекомбинантными белками и малыми молекулами, обеспечивая эффективность после одной внутрисуставной инъекции. Сообщество специалистов по генотерапии ОА с нетерпением ожидает публикации результатов этих клинических испытаний. В то же время, учитывая дублирование цитокинов в их сигнальных путях, а также сложность патогенеза ОА, могут потребоваться комбинированные стратегии.

TNF-α - еще один способствующий воспалению цитокин, участвующий в патогенезе RA и ОА. В конце 2000-х годов генотерапия против TNF-α с использованием вектора AAV2, экспрессирующего слитый белок домена Fc человеческого TNFRII-иммуноглобулина IgG1 (rAAV2-TNFR:Fc, или tgAAC94), была признана эффективной для снижения воспаления и разрушения хряща/кости в крысиной модели воспалительного артрита⁵⁷. К сожалению, несмотря на сообщения об улучшении состояния пациентов в ходе клинических испытаний фазы 1/2, разработка tgAAC94 была прекращена после смерти одного из участников в результате осложнения, не связанного с заболеванием⁵⁸. Хотя эта стратегия генотерапии еще не изучена для лечения ОА, небольшое исследование эффективности Etanercept, анти-TNF-α биологического препарата, состоящего из лиганд-связывающей области рецептора TNF-α, связанной с Fc-частью человеческого IgG, показало кратковременное улучшение боли после одной инъекции по сравнению с контрольной гиалуроновой кислотой.⁵⁹

Способствующие регенерации цитокины, такие как IL-10, также изучались на до-клинической арене в качестве мишеней для генотерапии ОА. В этой связи Мосс и коллеги продемонстрировали, что опосредованная AAV5 сверх-экспрессия IL-10 сохранялась в синовиальной мембране кистевых суставов лошадей в течение 84 дней после инъекции, что является многообещающим результатом для применения генотерапии60. Ранее эта группа показала, что сверх-экспрессия IL-10 с помощью вектора AAV в культуре гранул хондроцитов лошади in vitro может снизить экспрессию IL-1Я и ADAMTS4, но не может блокировать потерю гликозаминогликанов после стимуляции IL-1Я.61 В этой связи XT-150 - генотерапия на основе плазмидной ДНК голого человеческого IL-10, разрабатываемая для лечения ОА и нейропатической боли. Исследование на собаках показало, что внутрисуставное введение плазмидной голой ДНК человека IL-10var в суставы голени хорошо переносится и может уменьшить боль у собак с естественно протекающим ОА.²⁷ Кроме того, завершены клинические испытания фазы 1 (NCT03477487) и фазы 2 (NCT04124042), однако данные пока не приведены, а тип используемого варианта IL-10 неясен.

Модуляция патогенеза ОА с помощью секретируемых факторов, таких как IL-1Ra и IL-10, означает, что любой тип клеток в суставе может быть трансдуцирован, а полученный терапевтический препарат может попасть в не трансдуцированные ткани сустава через синовиальную жидкость. В отличие от этого, манипулирование внутриклеточными сигнальными путями требует дополнительного контроля для обеспечения трансдукции соответствующей ткани-мишени во избежание возможных побочных эффектов в других местах. Тем не менее, с ростом интереса к регуляторным нуклеиновым кислотам, таким как миРНК, при ОА⁶² , все большее внимание уделяется внутриклеточным мишеням, включая киназы, миРНК и факторы транскрипции. С этой целью несколько групп попытались модулировать воспаление путем воздействия на такие внутриклеточные медиаторы. Например, Li и коллеги сосредоточились на воздействии на сигналы toll-подобных рецепторов/IL-1R путем нокаута киназы 4 (IRAK4), связанной с рецептором интерлейкина 1, в суставах кроликов через 2 недели после операции ACLT с помощью AdV, экспрессирующей shIRAK4, и наблюдали снижение инфильтрации воспалительных клеток и гиперплазии в синовии, а также защиту от повреждения хряща⁶³. Также было обнаружено, что доставка AAV shRNA, направленная на никогда не участвующую в митозе А (NIMA) киназу 7, которая важна для пролиферации клеток и нуклеотид-связывающего домена и пирин-домена семейства богатых лейцином повторов (NLR), содержащего домен 3 инфламмасомы, значительно подавляет дегенерацию хряща, снижая уровни воспалительных цитокинов, таких как TNF-α и IL-1β в синовии и повышая уровни IL-10.⁶⁴

Многие анаболические сигнальные механизмы, необходимые для развития и гомеостаза суставов, включая TGF, фактор роста фибробластов (FGF) и инсулиноподобный фактор роста (IGF), дисрегулируются при ОА и являются привлекательными мишенями для генотерапии ОА. Хотя это и не генотерапия, препарат Sprifermin представляет собой рекомбинантный человеческий FGF-18, полученный в виде терапевтического слитого белка, который продемонстрировал потенциал для регенерации хряща в различных до-клинических пост-травматических (или дефектных) моделях.65 К сожалению, хотя Sprifermin улучшил толщину хряща по сравнению с исходным уровнем в группе плацебо через 2 года клинических испытаний, снижения боли не наблюдалось.⁶⁶ В связи с этим, хотя FGF18 еще не исследовался в качестве мишени для генотерапии, в исследовании Morscheid и коллег было обнаружено, что AAV-опосредованная сверх-экспрессия FGF-2 в модели остеохондрального дефекта (OC) при ОА (у овец) сохраняла экспрессию в течение 6 месяцев и увеличивала процент новой субхондральной кости, а также общий балл восстановления хряща с заметным улучшением экспрессии коллагена II типа по сравнению с контролем.⁶⁷

Среди кандидатов на получение FGF-фактора особое внимание было уделено генотерапии ex vivo, направленной на TGF-β1, известной под названием TissueGene-C (или Invossa™). В первых отчетах TissueGene-C описывался как содержащий облученные аллогенные первичные хондроциты человека, трансдуцированные RV, экспрессирующими TGF-β1, смешанные в соотношении 1:3 с не трансдуцированными, не облученными клетками того же происхождения. Было установлено, что такой подход способствует регенерации хряща в модели частичного дефекта мыщелка бедренной кости у кролика. Более того, последующие клинические испытания 1 и 2 фазы продемонстрировали безопасность и эффективность Invossa™ для улучшения болевых и двигательных показателей у пациентов с умеренной и тяжелой степенью заболевания (обзор ранее 10). На основании этих данных в 2017 году Invossa™ был одобрен в Корее для лечения умеренного ОА коленного сустава, при котором стандартные методы лечения оказались безуспешными, и вскоре поступил на фазу 3 клинических испытаний в США. К сожалению, его распространение и клинические испытания были остановлены в марте 2020 года, когда выяснилось, что трансформированные клетки на самом деле были получены из клеток эмбриональной почки человека-293, а не из хондроцитов человека. Исправляя эту неудачу, TissueGene-C теперь описывается как смесь человеческих аллогенных хондроцитов и облученных клеток GP2-293, трансформированных с помощью векторов RV для избыточной экспрессии TGF-β1, и возобновила клинические испытания на американском рынке. В этой связи два недавних исследования TissueGene-C в модели ОА MIA показали, что он 1) облегчает поведение, связанное с болью, 2) подавляет фактор роста нервов (NGF) и пептид, связанный с геном кальцитонина, в тканях сустава, 3) снижает экспрессию TrkA и GAP43 в микроглии дорсального корневого ганглия, 4) улучшает показатели целостности хряща и 5) повышает экспрессию IL-10, а также увеличивает соотношение макрофагов M2:M1 в синовиальной жидкости.^{68, 69} Остается неясным, потребуется ли повторное дозирование для поддержания благоприятных результатов TissueGene-C, учитывая обычно короткий период полураспада инъецированных клеток в суставах; в то же время, предполагаемая преходящая экспрессия TGF-β1, достигаемая с помощью этой генотерапии, может быть полезной, учитывая, что длительная избыточная экспрессия TGF-β1 в суставе может привести к фиброзу и образованию хрящевых узелков в синовиальной мембране.⁷⁰

Что касается стратегий генотерапии in vivo, введение AAV, экспрессирующего человеческий TGF-β1, в модели OC у свиней продемонстрировало улучшение заполнения и общего восстановления хряща, включая более высокую плотность хондроцитов без гипертрофии через год после травмы и инъекции.⁷¹ Что касается IGF-1, было обнаружено, что AAV, экспрессирующий человеческий IGF-1, доставленный в альгинатном гидрогеле, улучшает параметры восстановления в модели дефекта всей толщины хряща у минисвинок по сравнению с контролем, а также уменьшает перифокальный ОА и воспаление.⁷²

Как и в случае с описанными выше стратегиями противовоспалительной генотерапии ОА, исследователи, стремящиеся изменить сигнализацию факторов роста, обратили свое внимание вовнутрь, проявив особый интерес к манипулированию миРНК. Что касается TGF-β-сигнализации, то AAV-опосредованная избыточная экспрессия miR-210-3p в эндотелиальных клетках, вводимая внутрисуставно или внутривенно, ослабляла дегенерацию хряща, подавляла субхондральную васкуляризацию и ремоделирование кости, а также подавляла уровни TGF-β-рецептора 1 и ингибитора связывания ДНК ^{4. 73} С другой стороны, что согласуется с исследованиями TissueGene-C, было показано, что избыточная экспрессия аспорина, небольшого лейцин-богатого протеогликана и мишени для miR-26b-5p, усиливает дестабилизацию медиального мениска (DMM), вызванную ОА, путем ингибирования сигнализации TGF-β-SMAD2.⁷⁴ Более того, целенаправленное снижение miR-346 или miR-125a-5p посредством сверх-экспрессии Circ0083429 или CircCDK14, соответственно, восстанавливает передачу сигналов SMAD2/3 и ослабляет прогрессирование заболевания в пост-травматических моделях ОА.^{75, 76} Учитывая, что миРНК могут иметь множество мишеней, возможно, что их нокдаун может препятствовать нескольким сигнальным путям, тем самым объясняя расхождения в наблюдениях о роли TGF-β сигнализации при ОА, показанных в этих исследованиях. Это может быть еще больше осложнено используемой моделью и популяциями клеток, которые были трансдуцированы генными терапевтическими конструкциями. По этим причинам стратегии генотерапии, направленные на миРНК или другие разрешенные внутриклеточные мишени, должны включать репортер, который позволит отслеживать точные клеточные популяции, измененные терапевтическим вмешательством.

Регуляторы клеточного метаболизма и динамики митохондрий, включая рецепторы, активируемые пероксисомным пролифератором, аденозинмонофосфат (AMP)-активируемую протеинкиназу, мишень рапамицина млекопитающих и многие другие, играют важнейшую роль в развитии суставов и прогрессировании ОА. Что касается до-клинических стратегий генотерапии, то в двух независимых исследованиях недавно изучалась роль митофузина 2 (MFN2) в прогрессировании ОА. MFN2 - это митохондриальный гуанин-нуклеотид-связывающий белок, также известный как ГТФаза, который имеет решающее значение для слияния митохондрий, регулирует динамику, распределение и функцию митохондрий, а также служит для привязки ER к митохондриям. AAV-опосредованный нокдаун защищал от ОА в крысиной модели заболевания DMM, о чем свидетельствует улучшение параметров субхондральной кости и оценка по шкале Osteoarthritis Research Society Internation (OARSI).⁷⁷ Авторы этого исследования представили дополнительные доказательства того, что нокдаун MFN2 снижает воспалительную сигнализацию и избыточную аутофагию, связанные с ОА, вызванным DMM, и что умеренные упражнения на беговой дорожке могут компенсировать избыточную экспрессию MFN2. Эти данные согласуются с результатами более раннего исследования, опубликованного в 2020 году.⁷⁸ TRAF family member associated NFκB activatior (TANK)-binding kinase 1 (TBK1) - еще один важный регулятор слияния и деления митохондрий, который снижается в хряще при ОА. В исследовании Ху и коллег было показано, что опосредованная ЛВ сверх-экспрессия TBK1 в мышиной DMM-модели посттравматического ОА замедляет повреждение хряща и апоптоз.⁷⁹ Возможность модулировать метаболизм клеток сустава в качестве терапевтической стратегии для генотерапии ОА все еще находится в зачаточном состоянии. Важным моментом, который также был отмечен выше, является необходимость понимания того, какие клетки в суставе подвергаются изменениям и является ли одна популяция более важной, чем другая.

МиРНК являются основными мишенями для манипулирования c клеточным старением, аутофагией и апоптозом в доклинической генотерапии. Например, внутри-суставное введение AAV, экспрессирующего miR-325-3p, снижало старение хондроцитов и облегчало дегенерацию поясничного facet joint (FJ) in vivo.⁸⁰ Внутри-суставное введение анти-miR-378 LV в установленной мышиной модели ОА также привело к замедлению прогрессирования ОА, регенерации суставов и подавлению гипертрофии, при этом мишенями miR-378 in vivo были признаны аутофагия, связанная с 2A (Atg2A), и sex determining region Y-Box transcription factor 6 (SOX6).⁸¹ В другом исследовании, направленном на miR-128a, который, как известно, воздействует на Atg12, тормозя аутофагию хондроцитов, внутри-суставные инъекции miR-128a ASO стабилизировали аутофагию хондроцитов и замедлили ACLT-опосредованное разрушение суставной ткани.⁸² Наконец, лечение вызванного травмой ОА коленного сустава и FJ внутри-суставными инъекциями in vivo заблокированной нуклеиновой кислоты-miR-181a-5p ASO ослабило разрушение хряща и экспрессию маркеров катаболизма, гипертрофии, апоптоза/клеточной смерти и распада коллагена II типа.⁸³

Факторы транскрипции - еще одна все более распространенная мишень в до-клинических испытаниях генотерапии ОА, учитывая их способность изменять обширные сигнальные сети, связанные с развитием и гомеостазом клеток сустава. Были изучены члены семейства транскрипционных факторов, связанных с Runt (RUNX), RUNX2 и, в последнее время, RUNX1 и RUNX3. Результаты показали, что внутри-суставная AAV- или AdV-опосредованная избыточная экспрессия RUNX1^{84, 85} или RUNX3⁸⁶ защищает от прогрессирования ОА в посттравматических моделях заболевания. С другой стороны, AAV-опосредованная избыточная экспрессия miR-204 замедляет развитие ОА за счет снижения уровня RUNX2 и уменьшения NGF и Akt-сигнализации.⁸⁷ Основные факторы транскрипции хряща SOX5, SOX6 и SOX9 (известные как трио SOX) также были ранее изучены в качестве анаболических агентов. В недавних исследованиях было установлено, что избыточная экспрессия SOX9, опосредованная AAV, улучшает восстановление остеохондральной ткани у овец, а также уменьшает перифокальные изменения ОА.⁸⁸ Стратегия in vivo с использованием LV, экспрессирующих SOX9, также показала скромное улучшение состояния суставного хряща в мышиной модели ОА, вызванного DMM.⁸⁹

Помимо этих основных транскрипционных факторов развития скелета, работа Zhao и коллег показала, что с цинковыми пальчиками E-box binding homeobox 2 (ZEB2), транскрипционный репрессор, защищает от ОА в моделях, вызванных ACLT и IL-1β, и может работать путем ингибирования ядерного фактора каппа B-опосредованной воспалительной сигнализации⁹⁰; однако, учитывая, что ZEB2 также был определен как онкогенный в некоторых видах рака, могут возникнуть долгосрочные проблемы с таргетированием этого транскрипционного фактора в суставе ОА. Также были исследованы несколько белков с цинковыми пальцами, в том числе Kruppel-like factors 4 (KLF4) и KLF2. AdV-опосредованная избыточная экспрессия KLF4 в коленях мышей уменьшила выраженность ассоциированных с ОА изменений в хряще, мениске и синовии и улучшила болевое поведение.⁹¹ Интересно, что аналогичные результаты были получены и при сверх-экспрессии KLF2 в пост-травматических моделях ОА у мышей.⁹² Наконец, ядерный фактор родственный фактору 2 (NRF2) играет важную роль в реакции клеток на стресс и воспаление, а опосредованная LV избыточная экспрессия NRF2 была достаточной для снижения деградации хряща и уровня воспалительных цитокинов в контексте ОА, вызванного травмой.⁹³

Помимо транскрипционных факторов, в последнее время в доклинических исследованиях генотерапии ОА стали использоваться гистоновые деметилазы и деацетилазы. Например, было показано, что нокдаун гистоновой деметилазы Jumonji domain-containing protein-3 путем внутрисуставного введения пептидно-siRNA-наноплатформы в суставы при ОА, вызванном ACLT, уменьшает выраженность дегенерации суставов.⁹⁴ Сверх-экспрессия гистоновой деацетилазы 4 также была широко изучена, и результаты показали, что она может поддерживать ECM хряща, подавляя катаболизм ECM в моделях ОА, вызванного ACLT у мышей и крыс.^95-97

Деградация ECM хряща является важной отличительной чертой патогенеза ОА, которая в сочетании с аберрантным ремоделированием субхондральной кости приводит к разрушению сустава.² Распад коллагена II типа, обеспечивающего прочность ткани на разрыв, опосредован MMP, такими как MMP-13, в то время как ADAMTS опосредуют распад протеогликана aggrecan, который придает ткани устойчивость к сжимающей нагрузке. Целевое воздействие на протеазы обоих семейств дало неоднозначные результаты, отчасти из-за проблем со специфичностью по отношению к другим членам семейств MMP и ADAMTS и экспрессии целевых протеаз за пределами сустава.⁴ Стратегия генотерапии, при которой MMP-13 или ADAMTS-5 могут быть нокаутированы только в пораженных суставах, может решить некоторые из этих проблем. В этой связи было показано, что miR-140 сильно подавляет экспрессию ADAMTS-5 в хондроцитах при ОА, хотя его эффективность в до-клинической модели заболевания менее очевидна.⁹⁸

Что касается белков ECM и компонентов синовиальной жидкости, то протеогликан 4 (PRG4, или lubricin) был рассмотрен в качестве возможной генотерапии пост-травматического ОА. Ruan и коллеги показали, что как генетическая, так и опосредованная HDV избыточная экспрессия PRG4 в коленном суставе значительно замедляет прогрессирование заболевания в пост-травматической и возрастной моделях ОА²². В дополнение к его роли в смазке сустава, эта группа обнаружила, что избыточная экспрессия PRG4 может подавлять экспрессию катаболических и гипертрофических генов хряща через повышение регуляции индуцибельного фактора гипоксии 3a (HIF-3a).²² Как и HIF-3a, HIF-2a является основным медиатором катаболизма хондроцитов, а внутри-суставное снижение HIF-2a с помощью siRNA обеспечивает защиту от разрушения хряща и синовита в модели пост-травматического заболевания.⁹⁹ Сверх-экспрессия PRG4, опосредованная AAV, также защищала хрящ в модели ОА у кроликов с ACLT, но ее необходимо было вводить сразу после операции - задержка на 2 недели приводила к потере эффективности.¹⁰⁰ Интересно, что сочетание HDV-опосредованной генотерапии PRG4 с генотерапией IL-1Ra, вызывающей воспаление, которая в настоящее время проходит клинические испытания, привело к улучшению долгосрочных результатов и реакции на поведенческие меры в моделях пост-травматического ОА на основе DMM и перерезания крестообразной связки.¹⁰¹ Эти результаты послужили основой для комбинаторной генотерапии аналогичного состава (GQ-501), находящейся на стадии до-клинических испытаний в компании GQ Biotherapeutics.

Учитывая, что многочисленные стратегии, использующие подходы in vivo и ex vivo, находятся на различных стадиях клинических испытаний, потенциал генотерапии ОА продолжает выглядеть многообещающим. Действительно, тот факт, что многие векторные системы, исследуемые для лечения ОА, были проверены и клинически одобрены для лечения других заболеваний, помогает сдерживать опасения, связанные с профилем безопасности в популяции пациентов. Несмотря на положительные результаты, полученные на сегодняшний день, и постоянно растущее число одобренных генотерапий для лечения заболеваний человека, все еще существует ряд проблем, как в целом, так и применительно к ОА, которые следует учитывать.

Как отмечают многие другие, стоимость одной генотерапии может быть чрезвычайно дорогой.¹⁰² Например, Zolgensma, которая представляет собой внутривенную AAV9-SMN1 генотерапию SMA, оценивается в ~2,1 миллиона долларов за дозу в 2020 году. Luxturna, еще одна AAV-опосредованная генотерапия in vivo, доставляемая путем субретинальной инъекции для лечения наследственных заболеваний сетчатки, может стоить до 425 000 долларов за один глаз. К сожалению, отказ от вирусных векторов не приводит к существенному снижению стоимости, о чем свидетельствуют цены на Exondys⁵¹ (in vivo ASO; до 300 000 долларов за дозу) и другие не вирусные ASO. Таким образом, хотя ограничение доставки внутри-суставными инъекциями может снизить стоимость одной дозы за счет уменьшения количества необходимых вирусных частиц, эти методы лечения все равно могут быть довольно дорогими, что является серьезным ограничением для такого распространенного и сложного заболевания, как ОА. В связи с этим очень важно, чтобы до-клиническая работа, проводимая для проверки этих стратегий генотерапии, обеспечивала: 1) использование соответствующих до-клинических моделей для изучения эффективности (например, вызванных хирургическим вмешательством, вызванных ожирением, вызванных возрастом); 2) оценку всех тканей сустава (например, 3) включаются поведенческие оценки боли и двигательной функции и обеспечивается соответствующее питание, а также 4) вводимые нуклеиновые кислоты (или трансдуцированные клетки в случае подходов ex vivo) отслеживаются и контролируются на предмет сохранения после инъекции. В связи с этим в большинстве исследований, описанных в данном обзоре, для подтверждения эффективности кандидатов на генотерапию использовались исключительно пост-травматические модели ОА - ограничение, которое может препятствовать переносу в популяции пациентов. Более того, в исследованиях, которые манипулируют внутриклеточными мишенями, такими как факторы транскрипции, многие из которых специфичны для хондроцитов, лишь немногие используют репортеры для отслеживания трансдуцированных тканей, что особенно актуально, учитывая, что большинство векторных систем преимущественно нацелены на синовиальную жидкость.

По мере того как будущие исследования будут включать другие до-клинические модели для скрининга генотерапии ОА, возможно, что в контексте заболевания, вызванного ожирением, будут выявлены системные агенты в дополнение к внутрисуставным стратегиям, которые были более широко изучены. В этой связи Tang с коллегами обнаружили, что внутривенное введение AAV9, экспрессирующего follistatin - негативный регулятор миостатина и активина, играющий важную роль в мышечной массе, воспалении и метаболизме - защищает от ОА, вызванного DMM (с или без высокожировой диеты), увеличивает мышечную массу и снижает уровень цитокинов в организме и внутри сустава.¹⁰³ Это исследование предполагает, что системная модуляция воспаления, связанного с ожирением, может быть достаточной в правильных условиях для изменения прогрессирования ОА. Эта стратегия не только отличается от тех, которые применялись бы при пост-травматическом заболевании, но и подчеркивает важность использования различных до-клинических моделей ОА для поиска терапевтических средств, модифицирующих заболевание.

Учитывая хронический характер патогенеза ОА, существует вероятность того, что после первоначальной инъекции генотерапию придется вводить повторно. В этой связи иммунный ответ на вирусные (и даже не вирусные) векторы представляет собой серьезную проблему для использования генотерапии у пациентов, особенно в контексте хронического заболевания. Стратегии, позволяющие обойти иммунный ответ на вирусные векторы, такие как изменение вирусного капсида или подавление иммунитета, существуют и могут быть рассмотрены для OA. Именно по этой причине мониторинг экспрессии трансгенов в ходе до-клинических исследований крайне важен для понимания того, как они сохраняются при хроническом заболевании.

Недостаточно изученный, но очень выгодный компонент стратегий генотерапии - это возможность регулировать экспрессию терапевтической нуклеиновой кислоты с помощью конститутивных или индуцибельных промоторных систем. В контексте воспаления появившиеся данные свидетельствуют о том, что некоторая активация воспалительных путей может быть необходима для восстановления тканей, а постоянное подавление воспалительной сигнализации может быть губительным для нормального тканевого гомеостаза. Регулируемая экспрессия факторов роста, таких как TGF-β, еще более важна, учитывая, что большинство из них действуют в зависимости от контекста и оказывают негативное воздействие при слишком высокой и продолжительной экспрессии. По мере того как наше понимание патогенеза ОА продолжает улучшаться, изучение новых регуляторных схем, которые могли бы доставлять терапевтические нуклеиновые кислоты контекстно-зависимым образом к определенным типам клеток в больных суставах, является захватывающей областью будущих исследований.

Несмотря на эти ограничения, будущее генотерапии ОА выглядит многообещающим, а результаты нескольких завершенных и будущих клинических испытаний вселяют надежду в постоянно меняющийся ландшафт терапии ОА.