Заболевания с низкой распространенностью или частотой встречаемости, часто называемые редкими болезнями, ложатся тяжелым бременем как на системы здравоохранения, так и на пациентов. Диагностика редких заболеваний затруднена, поскольку врачи хуже знакомы с редкими заболеваниями, а для их диагностики иногда требуются специальные тесты или обследования. Разработка лекарств для лечения этих заболеваний также отстает от разработки лекарств для более распространенных болезней. Поэтому, чтобы решить эту проблему, многие страны поощряют разработку сиротских лекарств, упрощая процесс утверждения и предоставляя эксклюзивность продаж. В США под редким заболеванием понимается болезнь, которой страдают менее 20 000 пациентов. В эту категорию входят многие генетические заболевания и специфические подтипы рака, однако разработка лекарств от этих болезней по-прежнему затруднена. Однако стремительное развитие генотерапии в последние годы дало новую надежду на лечение редких генетических заболеваний. При заболеваниях, вызванных генными мутациями и, как следствие, потерей продуктов генов, генная терапия направлена на лечение этих состояний путем исправления или дополнения дефектного гена. Хотя геном человека включает около 20 000 белок-кодирующих генов, мутации в более чем 4000 из которых, как известно, вызывают более 6000 генетических заболеваний (OMIM Entry Statistics), появление секвенирования следующего поколения (NGS) значительно улучшило диагностику этих заболеваний, независимо от их редкости.

Несмотря на эти достижения, затраты на разработку сиротских лекарств остаются непомерно высокими. Поэтому разработка и утверждение препаратов, направленных на лечение генетических заболеваний, особенно тех, которые поражают очень небольшое количество пациентов или считаются ультраредкими, не ведется. В настоящее время не существует юридического определения понятия «ультраредкое» заболевание; эта подкатегория была неофициально введена Национальным институтом здравоохранения и совершенствования медицинской помощи для препаратов, предназначенных для лечения заболеваний, распространенность которых составляет менее 1 на 50 000 человек [1]. Некоторые заболевания настолько редки (менее 30 больных во всем мире), что Фонд n-Lorem рассматривает возможность проведения испытаний на одном субъекте [2]. В данной статье мы используем произвольное определение ультраредкого заболевания как заболевания, распространенность которого составляет менее 1 на 100 000 человек.

Несмотря на то, что первые попытки генотерапии человека сопровождались осложнениями и неудачами, в последние годы наблюдается рост числа одобренных препаратов для генотерапии [3, 4]. Ниже приведены списки одобренных в США и/или ЕС генотерапий, включая РНК-терапию, адаптированные и обновленные из книги «Состояние клеточной и генной терапии в 2023 году» (таблицы 1 и 2) [5]. Эти списки не включают генотерапию рака.

Table 1 List of US- and/or EU-approved gene therapies

Table 2 List of US- and/or EU-approved RNA therapies

Препарат Luxturna, одобренный в 2017 году для лечения врожденного амавроза Лебера (LCA), добился поразительного успеха, вернув зрение способом, который часто называют чудесным: субретинальное введение рекомбинантного адено-ассоциированного вируса (AAV), доставляющего нормальную копию кДНК RPE65 человека, привело к обратному развитию слепоты [6]. AAV зависит от вируса-помощника для завершения своего жизненного цикла и не вызывает никаких известных заболеваний человека, к тому же AAV редко интегрируется в геном хозяина [7]. Этот прорыв подчеркивает потенциал генотерапии для лечения ранее не поддававшихся лечению заболеваний. Успех препарата Luxturna стимулировал дальнейшее развитие генотерапии. Вслед за Luxturna еще большего успеха в генотерапии добился препарат Zolgensma, использующий капсид вируса AAV9 [8, 9]. Спинальная мышечная атрофия (SMA) - это мучительное дегенеративное заболевание, при котором наиболее тяжело пораженные младенцы не могут сидеть, а другие постепенно теряют двигательные и дыхательные функции. SMA - относительно распространенное генетическое заболевание, встречающееся примерно у 1 из 10 000 человек, что создает значительный рынок для Zolgensma. С 2019 по 2021 год были одобрены три генотерапии с использованием генетически (лентивирусный вектор) модифицированной аутологичной трансплантации CD34+ гемопоэтических стволовых клеток: Zynteglo для лечения β-талассемии [10], Skysona для лечения адренолейкодистрофии (ALD) [11, 12] и Libmeldy для лечения метахроматической лейкодистрофии (MLD) [13]. β-талассемию и ALD также можно лечить с помощью аллогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (HSCT), но генная терапия предлагает жизнеспособную альтернативу, когда подходящий донор недоступен, а аутологичная трансплантация представляет меньший риск, чем аллогенная трансплантация. В 2022 году препарат Upstaza, rAAV2-hAADC, был одобрен для лечения дефицита декарбоксилазы ароматических L-аминокислот (AADC), что стало первой генотерапией, направленной непосредственно на мозг. В том же году были одобрены препараты Roctavian и Hemgenix для лечения гемофилии А [14] и В [15] соответственно. Генотерапия гемофилии достигла успеха, сравнимого с успехом Золгенсмы, что обусловлено относительно высокой распространенностью гемофилии (гемофилия А поражает 1 из 5 617 мужчин, а гемофилия В - 1 из 19 283 мужчин). Этот успех особенно важен, учитывая дороговизну и неудобство инфузий факторов свертывания крови. В 2023 году были одобрены еще четыре генотерапии: Vyjuvek для лечения буллезного эпидермолиза [16]; Lyfgenia, использующая лентивирусный вектор, кодирующий антиприсасывающийся гемоглобин HbAT87Q, для лечения серповидно-клеточной анемии [17]; Casgevy, в которой используется CRISPR-Cas9, первая терапия редактирования генов, для воздействия на эритроидный специфический усилитель BCL11A [18], также для лечения серповидно-клеточной анемии; и Elevidys, которая используется для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (DMD) [19], генетического мышечного дегенеративного заболевания, поражающего примерно 1 из 5 000 мужчин.

Существует больше одобренных РНК-терапий, чем терапий с добавлением генов (табл. 2). Антисмысловые олигонуклеотиды (ASOs) и малые интерферирующие РНК (RNAi) - две широко используемые стратегии для глушения экспрессии генов [20]. Такие компании, как Ionis Pharmaceuticals и Sarepta Therapeutics, разработали несколько антисмысловых препаратов для лечения мышечной дистрофии Дюшенна, наследственного амилоидоза, связанного с транстиретином (TTR), и спинальной мышечной атрофии (табл. 2). Такие компании, как Alnylam, разработали RNAi-терапию для лечения наследственного амилоидоза, связанного с TTR, порфирии, гипероксалурии и т. д. (табл. 2). TTR-связанный амилоидоз обусловлен системным отложением транстиретина, клинические проявления включают нейропатию, кардиомиопатию и поражение окулолептоменингеальной области [21]. ASO и RNAi высоко эффективны для разрушения комплементарных мРНК и ингибирования синтеза TTR. С момента их разработки Tegsedi (антисмысловая терапия), Onpattro (RNAi), Amvuttra (RNAi) и Wainua (антисмысловая терапия) были лицензированы для лечения наследственного амилоидоза, связанного с TTR [22].

Существуют также клинические испытания новых методов лечения. Трансдукция в печень AAV-G6PC повышает долгосрочную эффективность лечения болезни хранения гликогена типа Ia [23]. Генотерапия с использованием различных стратегий, включая депо-генную терапию печени, была протестирована для лечения болезни хранения гликогена II типа (болезнь Pompe) [24, 25]. В настоящее время изучаются другие генетические заболевания глаз. Лечение пациентов с ABCA4-ассоциированной болезнью Stargardt проводится с помощью вектора, управляемого вирусом инфекционной анемии лошадей (EIAV-ABCA4) [26]. Антисмысловые олигонуклеотиды устраняют аберрантный сплайсинг, вызванный ультраранним вариантом ABCA4 у детей с ранней стадией болезни Штаргардта [27]. AAV5-NR2E3 может ослабить дегенерацию сетчатки, вызванную мутациями родопсина и других генов у пациентов с пигментным ретинитом [28]. Кроме того, однократное введение липидных наночастиц, нагруженных мРНК генов-редакторов, может инактивировать ген Pcsk9 для лечения генетической и приобретенной гиперхолестеринемии [19], и в настоящее время продолжается исследование Heart-1 [29].

К редким заболеваниям, таким как DMD, применялись различные подходы [30, 31]. Около 80 % мутаций DMD потенциально поддаются пропуску экзонов. Eteplirsen (Exondys 51, Sarepta Pharmaceuticals) стал первым фармакологическим препаратом с пропуском экзонов, одобренным FDA в 2016 году [32]. Препарат для пропуска экзона 53, golodirsen (Vyondys 53, Sarepta Pharmaceuticals), увеличивает долю подходящих пациентов с DMD на несколько процентов [33]. Препарат readthrough ataluren (Translarna) нацелен примерно на 13 % пациентов с DMD, имеющих нонсенс-мутацию [34]. Более того, Elevidys, генотерапия на основе AAV, поставляет копию кДНК микродистрофина, которая может помочь всем пациентам с DMD [35].

Другой пример - Huntington’s disease (HD), которая вызывается патологическим расширением CAG-повтора в гене huntingtin. Существует несколько способов снизить экспрессию мутантного белка huntingtinа [36, 37]. Подавление хантингтина с помощью ASO, специфичных для однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с мутацией HD, восстанавливает когнитивные функции в мышиной модели HD [38]. ASO, снижающие уровень мутантного huntingtin, могут быть доставлены в мозг путем системного введения с помощью нанодисков с аполипопротеином A-I [39]. МиРНК также могут снижать уровень huntingtin и сохранять объем стриатума и когнитивные функции в гуманизированной мышиной модели HD [40]. Перорально доступная, проникающая в мозг малая молекула снижает уровень хантингтина за счет усиления включения псевдоэкзонов [41]. Сверхэкспрессия стеринового регуляторного элемента-связывающего белка 2 (SREBP2) у мышей с HD активирует транскрипцию генов пути биосинтеза холестерина, очищает агрегаты мутантного хантингтина и ослабляет поведенческий дефицит [42].

Среди заболеваний, для которых была одобрена генотерапия, наибольшую частоту встречаемости имеют SMA, DMD и гемофилия А, которые встречаются как минимум у 1 из 10 000 человек. Частота встречаемости LCA колеблется от 1 на 33 000 до 80 000. Дефицит AADC, имеющий всего 140 документированных случаев (Orphanet Report November 2023), выделяется в этом контексте как единственное ультраредкое заболевание. ALD (1:20 000-50 000) и MLD (1:40 000-100 000) встречаются чаще, чем дефицит AADC; однако только часть пациентов может быть подвергнута генотерапии, которая должна быть назначена до проявления симптомов. ALD также можно лечить с помощью аллогенной HSCT, что может создать проблемы для Bluebird Bio в получении прибыли от этих двух продуктов. Кроме того, на генную терапию рака выделяется значительно больше средств, чем на терапию генетических заболеваний, в частности на терапию химерных антигенных рецепторов (CAR) Т-клеток [43]. РНК-терапия также достигла определенных успехов, но ее высокий потенциал применения заключается в возможности масштабирования производства для лечения большого количества пациентов. Поэтому разработка генотерапии сверхредких генетических заболеваний часто сталкивается с трудностями в получении финансирования или ресурсов.

Учитывая огромное количество генетических заболеваний, многие генетики регулярно сталкиваются с самыми разными состояниями на практике. Опытный генетик, как правило, может определить сотни генетических заболеваний. Например, мукополисахаридозы (MPSs) охватывают типы I, II, III, IV, VI и VII. Муколипидозы (ML) включают сиалидоз, галактозиалидоз, MLII и MLIII. Гликолипидозы включают болезнь Гоше, болезнь Нимана-Пика A/B, болезнь Нимана-Пика C, ганглиозидоз GM1 и GM2 и болезнь Fabry. Гликогенозы включают болезни хранения гликогена типов IA, IB, II (болезнь Помпе) и III. Дефицит нейротрансмиттеров включает дефицит AADC, дефицит тирозингидроксилазы (TH), дефицит 6-pyruvoyl-tetrahydropterin synthase (PTPS) и дефицит циклогидролазы GTP 1 (GCH1). Другие метаболические заболевания включают нарушения цикла мочевины, аминоацидопатии и органические ацидурии. Скелетные заболевания включают Ehlers–Danos syndrome (EDS), спондилоэпифизарную дисплазию (SED) и несовершенный остеогенез (OI). Дополнительные категории включают врожденную генерализованную липодистрофию, заболевания, связанные с дефектами репарации ДНК, и различные этиологии ранней детской эпилептической энцефалопатии (EIEE). Недавно мы описали генетическую этиологию 34 пациентов с заболеваниями скелета, выявив 16 генов, вовлеченных в эти состояния [44], в среднем по два пациента на каждое заболевание. За свою 30-летнюю практику я встречался со всеми упомянутыми здесь заболеваниями. К сожалению, существует мало специфических методов лечения, и среди них дефицит AADC - единственное вызывающее рак заболевание, для которого была разработана генотерапия [45]. При наличии достаточных ресурсов многие из этих заболеваний могут быть вылечены с помощью генотерапии.

figure 1 Application of gene therapy for ultrarare diseases. CGD chronic granulomatous disease, EDS Ehlers–Danos syndrome, EE epileptic encephalopathy, ML mucolipidoses, MPS mucopolysaccharidoses, NBIA neurodegeneration with brain iron accumulation, OA organic acidurias, OI osteogenesis imperfecta, SCID severe combined immunodeficiency, SED spondyloepiphyseal dysplasia, neurotransmitter deficiency, UCD urea cycle disorders

Lentiviral vector-modified autologous CD34+ hematopoietic stem cell transplantation [46] (Fig. 2)

Среди 12 одобренных ранее методов генотерапии генетических заболеваний в шести случаях используется HSCT, модифицированная лентивирусными векторами, для пациентов с дефицитом аденозиндезаминазы, β-талассемией, MLD, ALD, а также два отдельных препарата для лечения серповидно-клеточной анемии. Лентивирусные векторы, подобные тем, что используются для лечения талассемии, способны доставлять сложные тканеспецифичные экспрессионные кассеты в не-делящиеся клетки [10], не способствуя лейкемогенезу, в отличие от γ-ретровирусных векторов, использовавшихся в более ранних клинических исследованиях [47]. Теоретически, любое генетическое заболевание, поддающееся лечению традиционной аллогенной HSCT может также получить пользу от HSCT модифицированной лентивирусными векторами; кроме того, аутологичная трансплантация при генной терапии считается более безопасной, чем аллогенная трансплантация. Аллогенная HSCT доказала свою эффективность при лечении таких заболеваний, как болезнь Гоше и MPSI, хотя заместительная ферментная терапия (ERT) предпочтительнее по соображениям безопасности. Однако при заболеваниях, поражающих головной мозг, таких как болезнь Гоше III типа и MPSIH/S, аллогенная HSCT все еще рассматривается как вариант лечения [48]. Предполагается, что трансплантированные гемопоэтические стволовые клетки могут дифференцироваться в фагоцитирующие клетки, мигрирующие в мозг в виде микроглии [49], которые затем могут очищать мозг от аномальных метаболитов при таких заболеваниях, как ALD, или выделять молекулы для спасения клеток мозга хозяина при лизосомных болезнях хранения.

Преимущества модифицированной лентивирусными векторами HSCT по сравнению с аллогенной HSCT также заключаются в использовании более сильных промоторов для повышения экспрессии продукта и оптимизации кодонов для повышения эффективности трансляции. Генная инженерия может добавить секреторный лидерный пептид к гену, что позволяет достичь высокого уровня трансгенного продукта в крови, сходного с ERT. Модифицированная лентивирусным вектором HSCT может поддерживать высокий и стабильный уровень экспрессированного белка в крови, в отличие от пульсирующего уровня белка в крови, наблюдаемого при ERT Недавно было показано, что ERT направленная на мозг, разработанная путем добавления к вводимому белку эпитопов, проникающих в мозг [50], таких как эпитоп трансферрина или антитело к рецептору на вводимом белке, способствует опосредованному рецептором трансферрина транспорту через гематоэнцефалический барьер. Эта стратегия может быть легко адаптирована к модифицированным лентивирусным вектором HSCT путем изменения последовательности кДНК в векторе [51].

Однако модифицированная лентивирусным вектором HSCT имеет свои ограничения и осложнения. В настоящее время невозможно регулировать уровень экспрессии трансгена после трансдукции вирусного вектора. В то время как сверхэкспрессия трансгена может быть допустимой при таких заболеваниях, как лизосомные болезни, когда лечение требует доставки большого количества фермента системно или в спинномозговую жидкость (CSF), она может быть токсичной в других условиях. Например, при генной терапии дефицита AADC фермент, отвечающий за выработку моноаминовых нейротрансмиттеров, доставляется непосредственно в путамен, чтобы предотвратить эктопическую или избыточную выработку дофамина в мозге. Аналогично, сверхэкспрессия β-глобина в терапии β-талассемии может привести к относительному дефициту α-глобина, по сути, преобразуя заболевание в α-талассемию. Таким образом, лентивирусный вектор, используемый для генотерапии β-талассемии, содержит регуляторные элементы для гена β-глобина. Хотя лентивирусные векторы оказались безопаснее ретровирусных и не ассоциируются с лейкемией, связанной с вставкой вектора, недавно возникло подозрение, что они могут вызывать миелодисплазию (MDS) [52]. Учитывая новизну генотерапии, прежде чем приступать к лечению, необходимо тщательно оценить риски и преимущества.

figure 3 Mechanism of systemic AAV vector delivery to the liver. After intravenous infusion, the majority of AAV vectors are taken up by the liver. The transduced hepatocytes restore their functions, such as by conducting an enzyme reaction. If the transgene encodes a secretory protein, the protein can be released into the circulation to treat systemic diseases. The secretary protein, if it contains a brain-targeting epitope, can enter the brain

Среди 12 одобренных генотерапий генетических заболеваний две направлены на печень (гемофилия А и В), одна - на нервную систему (SMA) и одна - на мышцы (DMD) с использованием системной доставки векторов AAV. Системная инфузия Золгенсмы используется для лечения детей со SMA, но планируется доставка вектора в CSF у взрослых пациентов [53]. Elevidys, недавно одобренный для лечения DMD в дозе 1,33 х 10¹⁴ векторных геномов на килограмм (вг/кг) массы тела, все еще находится на стадии оценки как эффективности, так и потенциальных побочных эффектов. Системная доставка AAV в мышцы требует высоких доз и с большей вероятностью может вызвать осложнения, включая токсичность печени и микроангиопатию [54]. И наоборот, поскольку в печени задерживается более 90 % системно вводимых векторов AAV, для системной доставки в печень требуется лишь десятая часть дозы, необходимой для таргетной доставки в мышцы, что значительно снижает риск осложнений [55]. Валоктокоген roxaparvovec (AAV5-hFVIII-SQ) содержит кДНК фактора свертывания крови VIII, управляемую селективным для печени промотором [14]. В исследовании фазы 3 134 участника с гемофилией А получили однократную инфузию 6 х 10¹³ вг/кг вектора. Средний уровень активности фактора VIII через год увеличился на 41,9 МЕ на децилитр. Среднегодовая частота использования концентрата фактора VIII и кровотечений после 4-й недели после инфузии снизилась на 98,6 % и 83,8 % соответственно. Смертность в исследовании не наблюдалась. Etranacogene dezaparvovec - это вектор AAV5, экспрессирующий вариант фактора IX из Падуи. В исследовании фазы 3 54 мужчины с гемофилией B получили 2 х 10¹³ копий генома на килограмм массы тела. Годовая частота кровотечений снизилась с 4,19 в начальный период до 1,51 в период с 7 по 18 месяц после лечения [15].

В случае гемофилии печень играет ключевую роль, поскольку она вырабатывает факторы свертывания крови. Многие другие генетические заболевания, включая метаболические, такие как органические ацидурии, нарушения цикла мочевины и аминоацидопатии, также вызваны дисфункцией печени. Как и в любой другой векторной генотерапии, эффективность может быть повышена с помощью более сильных или подходящих промоторов, оптимизации кодонов, секреторных лидерных пептидов и эпитопов, направленных на такие органы, как мозг. Было показано, что системная доставка вектора AAV44.9-Mmut предотвращает летальность и снижает уровень метаболитов, связанных с заболеванием, у мышей с метилмалоновой ацидемией. Исследования биораспределения в тканях и экспрессии трансгенов у обработанных мышей показали, что AAV44.9 эффективно трансдуцирует печень и сердце [56]. Болезнь Помпе - лизосомное заболевание, вызывающее слабость скелетных мышц и кардиомиопатию. Согласно последним данным, 2 х 10¹¹ вг/кг AAV2/8-LSPhGAA, содержащего специфический для печени промотор/энхансер и лидерную последовательность, трансдуцировали все гепатоциты, что привело к частичной биохимической коррекции у взрослых мышей GAA-KO с болезнью Помпе [57].

Однако системной доставке AAV препятствуют предсуществующие антитела к вирусному капсиду, что исключает некоторых пациентов из терапии [58]. Кроме того, оборот гепатоцитов может привести к снижению экспрессии трансгенов с течением времени, как и в большинстве случаев генной терапии, направленной на печень, хотя продолжительность снижения терапевтического эффекта остается неопределенной [55, 59]. И наконец, хотя AAV не является интегрирующим вирусом, наблюдалось небольшое количество интеграций в геном хозяина [60], и долгосрочные последствия этой вирусной интеграции еще не до конца изучены.

figure 4 The mechanism of AAV vector delivery to the brain. AAV vectors can be administered directly into the brain parenchyma or injected into CSF spaces (e.g., by lumbar puncture) and the vectors then migrate to the spinal cord and brain. AAVs can transduce neural cells in the brain and ameliorate their dysfunction. Transgenes may be secreted to alleviate the dysfunction of other cells

Таргетинг по-прежнему остается самой большой проблемой в генотерапии. Например, ученые работают над созданием модифицированных векторов AAV, которые нацелены на мышечные клетки и в то же время снижают поглощение печенью [61]. Также было проведено перепрограммирование капсида AAV для доставки генов в мозг [62]. Однако векторы AAV можно легко вводить непосредственно в CSF (интратекально или интрацистернально) или в паренхиму мозга для лечения заболеваний, поражающих головной и спинной мозг, глаза и уши. Доставка в CSF и мозг имеет ряд преимуществ. Во-первых, необходимое количество вектора значительно меньше, чем для системной инфузии - на порядок меньше, чем при системной доставке AAV в печень. Это сокращает расходы и минимизирует риск системных осложнений, таких как повреждение печени. Во-вторых, проблема предсуществующих антител менее важна для доставки в CSF и мозг из-за иммунной привилегированности центральной нервной системы. В-третьих, поскольку нейроны не делятся, терапевтический эффект AAV может быть длительным. В-четвертых, доставка вектора непосредственно в мозг снижает риск эктопической экспрессии трансгена.

Среди 12 одобренных методов генотерапии генетических заболеваний один направлен на глаза (LCA), а другой - на путамен (дефицит AADC) путем локального введения векторов AAV. В обоих случаях используется AAV2, обладающий высоким тропизмом к клеткам нейронов и ограниченным тканевым распространением. Эти методы лечения используют минимальное количество вектора и характеризуются высокой эффективностью и отсутствием значительных осложнений. В настоящее время генотерапия развивается для лечения ряда заболеваний глаз и ушей [63]. Кроме того, инъекции AAV, направленные на мозг, могут помочь при различных заболеваниях мозга. Дефицит моноаминовых нейротрансмиттеров можно лечить с помощью инъекций в путамен [64]. Нейродегенерация с накоплением железа в мозге (NBIA) может лечиться инъекциями в putamen или globus pallidus [65]. Первичная дистония может быть облегчена путем воздействия на таламус [66]. Доставка векторов AAV в пространство CSF - один из вариантов лечения заболеваний с более распространенными патологиями мозга. Интрацеребровентрикулярная доставка AAV у людей преимущественно трансдуцирует эпендимальные клетки [67]. Доставка через люмбальную пункцию удобна и практична, особенно при заболеваниях спинного мозга [68]. Прямая инъекция в cisterna magna (внутригрудная инъекция) может обеспечить сбалансированное распределение вектора между головным и спинным мозгом [68]. Эти методы могут принести пользу при многих заболеваниях головного мозга или системных заболеваниях с проявлениями в головном мозге, включая некоторые лизосомные болезни хранения [69].

Основное ограничение при доставке в мозг - достаточно ли широкое распространение вектора, чтобы охватить все пораженные области мозга. Например, доставка в CSF обычно приводит к трансдукции небольшого количества нейронов в путамен, в то время как интрапутаминные инъекции не затрагивают клетки коры или мозжечка. Кроме того, поскольку патологии мозга при большинстве заболеваний не являются обратимыми, потенциальная эффективность генотерапии может быть ограничена.

Вышеупомянутые три модуля генотерапии в основном связаны с добавлением генов, но РНК-терапия также становится одним из наиболее перспективных методов лечения ультрараковых заболеваний [2]. Одноцепочечные ДНК- или РНК-олигонуклеотиды связывают РНК и блокируют экспрессию генов, модулируют сплайсинг, расщепляют гибриды ДНК-РНК с помощью РНКазы Н и нацеливаются на миРНК [20]. Двуцепочечные короткие интерферирующие РНК (siRNA) связываются с белковым механизмом комплекса РНК-индуцированного сайленсинга (RISC), а RISC направляет связанную с ним малую РНК на комплементарные РНК-мишени и подавляет их экспрессию путем расщепления, деградации и трансляционной репрессии мРНК [70]. Модификация олигонуклеотидов ДНК или РНК с помощью фосфоротиоатных (PS) связей и химических модификаций значительно повышает их стабильность, связывание с сывороточными белками и сродство к комплементарным последовательностям [71, 72].

ASO и RNAi могут снижать уровень мРНК и подавлять экспрессию токсичных продуктов мутировавших генов, как это наблюдается при HD [37], или воздействовать на гены, расположенные выше или ниже по течению в метаболических путях, чтобы смягчить пагубные последствия мутаций, например, при острой печеночной порфирии [73]. Кроме того, ASO могут регулировать сплайсинг мРНК; например, при лечении DMD они могут сплайсировать экзоны, содержащие миссенс- или нонсенс-мутации, чтобы восстановить трансляцию белка, в результате чего образуется более короткий, но функциональный белок дистрофин, облегчающий симптомы [30]. В более уникальных случаях ASO вмешиваются в связывание супрессоров сплайсинга, как при лечении SMA, чтобы обеспечить правильный сплайсинг [74].

Хотя препараты для РНК-терапии требуют регулярного приема для лечения генетических заболеваний, олигонуклеотиды можно производить и очищать, как лекарства из малых молекул, что дает те же преимущества - низкую стоимость производства и масштабируемость. Поведение ASO достаточно устойчиво, что приводит к предсказуемости терапевтических доз, путей введения, частоты дозирования и потенциальных побочных эффектов [75]. Недавно компания n-Lorem в сотрудничестве с Ionis Pharmaceuticals открыла и разработала персонализированные ASO для терапии одного пациента за раз - N-of-1 [76, 77]. Недавно были рассмотрены возможности ASO и RNAi-терапии для лечения моногенных заболеваний [78].

Редактирование генов, в основном с помощью CRISPR/Cas, представляет собой еще один мощный инструмент для эффективного нарушения экспрессии генов [79]. В настоящее время первое одобренное клиническое применение CRISPR/Cas9 - это лечение серповидно-клеточной анемии. Из-за опасений по поводу рисков, связанных с двунитевыми разрывами [18], редактирование оснований, производная CRISPR/Cas9, которая изменяет основания, не вызывая двунитевых разрывов, является более безопасной альтернативой, которая стала катализатором нескольких клинических испытаний [80]. Тем не менее, потенциальная возможность внецелевого воздействия [81] заставляет с осторожностью применять редактирование оснований в лечении сверхтяжелых заболеваний.

В Table 3, мы сравнили воздействие упомянутых модулей и отметили выполнимость использования их для лечения очень редких болезней.

Table 3 Comparison of different treatment modules

Хотя генотерапия способна изменить жизнь людей, живущих с этими разрушительными редкими заболеваниями, доступ к этим новым методам лечения далеко не так прост для пациентов [82]. Препятствия на пути разработки методов лечения редких заболеваний выходят за рамки технологических вопросов, включая финансирование, стратегии возмещения расходов и бизнес-модели. Хотя большинство одобренных в настоящее время генотерапий направлены на лечение редких заболеваний, в совокупности они оказывают существенное финансовое воздействие на системы здравоохранения и страхования [83]. Это побудило предложить различные методы оплаты и политики, чтобы обеспечить пациентам доступ к преимуществам генотерапии, например, повысить доступность лекарств за счет кредитов на медицинское обслуживание [84]. Бизнес-модель для лечения редких заболеваний также является сложной. Один из инновационных подходов, предложенный организацией n-Lorem, особенно для ультраредких заболеваний, которыми страдают менее 30 человек во всем мире, предполагает лечение одного пациента за раз с использованием некоммерческой модели [76].

Тем не менее, методы генотерапии, рассмотренные в этой статье, - трансплантация аутологичных CD34+ гемопоэтических стволовых клеток, модифицированных лентивирусными векторами, системная доставка AAV в печень, доставка AAV в CSF и мозг, а также РНК-терапия - обладают потенциалом для лечения множества генетических заболеваний. В нормативно-правовой среде, благоприятствующей инновациям, компания может специализироваться на одной методике лечения нескольких заболеваний, что позволит сэкономить на затратах на разработку, производство векторов, биораспределение и тестирование токсичности. Сотрудничая с группами пациентов и медицинскими обществами, стремящимися предоставить лечение своим пациентам, можно повысить экономическую эффективность клинических испытаний [85]. Например, когда мы разрабатывали Upstaza для лечения дефицита AADC - первую и единственную генотерапию, направленную на мозг и направленную на сверхраннее заболевание, - мы разрабатывали ее с помощью грантов на академические исследования, прежде чем перейти к коммерческим условиям [86]. Такие стратегические подходы позволят компаниям оставаться прибыльными и одновременно расширять доступ к лечению для большего числа пациентов с редкими заболеваниями.

В этой статье представлен обзор современных успехов в области генотерапии, включая аутологичную трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток, модифицированных лентивирусными векторами, для лечения гематологических и неврологических заболеваний и генотерапию, опосредованную векторами AAV, для лечения заболеваний глаз, печени и неврологических заболеваний. Эти новые технологии дают надежду тысячам людей с редкими генетическими заболеваниями. Однако высокий риск и стоимость генотерапии препятствуют ее быстрому развитию, особенно в случае сверхредких заболеваний с небольшим числом подходящих пациентов. В этой статье мы предлагаем несколько технологий генотерапии, которые подходят для лечения редких генетических заболеваний. Например, для системной доставки векторов AAV в печень требуется меньшее количество векторов, но при этом можно лечить как печеночные, так и системные заболевания. Прямая доставка вектора AAV в нервную систему также может лечить дефицит нейротрансмиттеров, первичную дистонию и NBIA. Таким образом, компания может специализироваться на одной технологии, которая может быть направлена на лечение нескольких ультраредких заболеваний, чтобы снизить финансовое бремя разработки генотерапии. Мы надеемся, что в скором времени все больше пациентов с тяжелыми генетическими заболеваниями смогут получить генную терапию.