Болезнь Паркинсона (PD) - второе по распространенности нейродегенеративное заболевание, которым страдают более 6 миллионов пациентов по всему миру [1]. Патологической отличительной чертой PD является прогрессирующая потеря дофаминергических (DA-ергических) нейронов в substantia nigra и снижение уровня дофамина (DA). Поскольку DA регулирует движения и реакцию мозга на вознаграждение, значительная потеря DA-ергических нейронов может привести к двигательным нарушениям. Пациенты с диагнозом PD обычно испытывают симптомы, связанные с движением, включая ригидность, медлительность и тремор [2]. В дополнение к двигательным симптомам пациенты часто страдают от не-моторных симптомов, таких как когнитивная дисфункция и эмоциональные расстройства [3].

Поскольку окончательного излечения PD не существует, а симптомы прогрессируют без специфического лечения, традиционные методы лечения направлены на замедление нейродегенерации и купирование сопутствующих симптомов [2]. Традиционные фармакологические методы лечения PD в основном направлены на облегчение двигательных симптомов путем усиления активности DA-ергических нейронов с помощью леводопы, ингибиторов моноаминоксидазы, агонистов DA или комбинированных препаратов [2,4]. В настоящее время активно изучаются различные альтернативные методы лечения прогрессирующей PD, проводится несколько клинических исследований, в которых сравнивается эффективность и безопасность новых вариантов, таких как хирургические подходы и глубокая стимуляция мозга [5]. Однако эти методы лечения являются симптоматическими и не обращают вспять или не останавливают прогрессирование PD, а иногда они могут быть связаны с побочными эффектами, связанными с инъекциями лекарств или инвазивными вмешательствами, такими как головная боль, инсульт и депрессия [4,5]. Поэтому исследования по разработке постоянных методов лечения, включая генотерапию и клеточную терапию, вызывают все больший интерес [5,6].

В различных доклинических исследованиях ученые пытались выбрать подходящую животную модель PD, чтобы лучше оценить ключевые факторы, в том числе конструктивную, лицевую и прогностическую валидность [7]. Поскольку ни одна животная модель не воспроизводит клинические условия PD в совершенстве, ни одна модель не может продемонстрировать соответствие по всем критериям [8]. Однако использование соответствующей похожей модели улучшает оценку трансляционной значимости данных, полученных в доклинических исследованиях [7,8]. В большинстве исследований генотерапии PD использовалась одна из следующих моделей: 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP) - модель с достоверностью, повторяющая фенотип PD у человека; 6-гидроксидопамин (6-OHDA) - модель с достоверностью, так и с достоверным прогнозом, которая может быть использована для предсказания неизвестных в настоящее время аспектов PD у человека; или синуклеинопатия - модель с достоверностью, отражающей фенотип заболевания у животных и этиологию PD у человека [7-9].

В данном обзоре мы рассматриваем методы генотерапии PD, направленные на восстановление функциональности DA-ергического пути и предотвращение дальнейшей дегенерации нейронов путем поддержания здоровых DA-ергических нейронов. Генная терапия на основе вирусных векторов была использована для усиления DA-ергической сигнализации [10,11] у пациентов с PD. Сообщалось об умеренном улучшении двигательного поведения, и в настоящее время проводится долгосрочное наблюдение (табл. 1). В отличие от симптоматического лечения, терапия на основе нейротрофических факторов направлена на восстановление и регенерацию DA-ергического пути [12,13]. Ключевыми кандидатами, поддерживающими выживание нейронов DAnergic среднего мозга, являются GDNF и neurturin [14]. Хотя посмертные анализы пациентов, получавших терапию адено-ассоциированным вирусом (AAV) серотипа 2-нейртурина, не показали улучшения [15], продолжаются исследования по изучению нейротрофических факторов с использованием различных стратегий доставки (рис. 1).



Figure 1. Representative gene therapy clinical trials for Parkinson’s disease. Injection route and expressed viral vector for gene therapy in Parkinson’s disease.

Факторы в среднем мозге, способствующие выживанию или генезису DA-ергических нейронов, такие как Nurr1, являются перспективными мишенями для такого рода терапии [16]. У Nurr1-дефицитных мышей созревание DA-ергических нейронов приводит к прогрессированию патологии PD, а именно к уменьшению количества DA-ергических нейронов и двигательным нарушения [16-18]. Кроме того, устранение Nurr1 у взрослых грызунов приводит к снижению экспрессии генов, связанных с функцией митохондрий и окислительным фосфорилированием, что позволяет предположить, что снижение экспрессии Nurr1 может вызывать дисфункцию DA-ергических нейронов, а также прогрессирование дегенеративных изменений [18,19]. У людей экспрессия Nurr1 значительно снижена в мозге как пожилых людей, так и у пациентов со спорадической PD [20,21], это позволяет предположить, что он может быть перспективной мишенью для генотерапии PD [16]. В мышиных моделях MPTP - модели, повторяющей фенотип PD людей [7,8,22], - опосредованная AAV (серотип 2) избыточная экспрессия Nurr1 и его ко-транскрипционного фактора Foxa2 в среднем мозге привела к значительному восстановлению нейронов и вызвала снижение уровня провоспалительных цитокинов [22]. Тирозингидроксилаза (TH)-положительные DA-ергические нейроны были защищены от токсического воздействия окружающей среды, а striatal волокна DA-ергических нейронов были сохранены. В результате восстановление моторного поведения, связанного с нигростриатной передачей DA, наблюдалось в тестах на цилиндр, шест, бревно, локомоторный тест, а также в тесте на вращение, вызванном apomorphine [22]. Механистически принудительная экспрессия Nurr1 и Foxa2 способствовала выживанию DA-ергических нейронов и защищала их от токсических факторов [22]. В глиальных клетках Nurr1 и Foxa2 подавляют транскрипцию генов провоспалительных цитокинов, опосредованную ядерным фактором каппа B, центральным медиатором воспалительного ответа, транс-репрессивным образом [23]. Этот подход может быть применим и к другим нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера [24].

Генная терапия может изменять гены конкретного пациента, заменяя, инактивируя или вводя новый или модифицированный ген [14]. Генотерапия включает в себя глушение генов, замену генов и перенос генов, и часто использует вирусные векторы, в том числе в клинических исследованиях PD [10,25-27]. Генотерапия может оказаться подходом к модификации заболевания при PD, способным улучшить качество жизни пациента.

В этой статье мы в основном обсуждаем клинические испытания генотерапий, в первую очередь с использованием вирусных векторов, направленных на PD с помощью различных стратегий, и фокусируемся на молекулах, которые были тщательно изучены в последние годы (табл. 1). Чтобы включить в наш обзор соответствующие клинические исследования на людях, мы провели поиск по базе данных clinicaltrials.gov 23 октября 2024 года, используя ключевые слова. Из 77 найденных результатов мы отборали 18 исследований, непосредственно связанных с нашей основной темой

. Table 1. Clinical studies on viral vector-derived gene therapies in Parkinson’s disease patients.

Декарбоксилаза глутаминовой кислоты (GAD) катализирует превращение глутамата в GABA в синапсах человека, регулируя возбудимость. При PD путь GABA, который подавляет повышенную возбудимость в среднем мозге (включая substantia nigra), нарушается, что приводит к дисфункции нигростриатных DA-ергических нейронов, изменению соответствующих мозговых схем и, в конечном итоге, к двигательным расстройствам [42]. В нейронах пациентов с PD наблюдается снижение экспрессии гена GAD1 [43]. Поэтому считалось, что добавление GABA с помощью генотерапии обладает терапевтическим потенциалом. Лечение AAV-GAD, которое дополняет фермент, ответственный за синтез GABA, стало первой генотерапией, продемонстрировавшей эффективность [25,44]. Первое клиническое испытание фазы 1 лечения AAV-GAD было проведено в период с 2005 по 2007 год [25]. В другом исследовании были получены доказательства того, что лечение модулирует метаболические сети мозга [45]. Эти результаты привели к рандомизированному контрольному исследованию фазы 2, в котором приняли участие 44 человека с поздней стадией PD, которым проводилась двусторонняя инфузия AAV-GAD в субталамические ядра. В последующих исследованиях генотерапия AAV-GAD привела к значительному улучшению двигательных функций у пациентов с PD, и эти улучшения сохранялись более года [33,34] (табл. 1). Изменения включали уникальное изменение функциональной связи, указывающее на формирование новых связей между субталамическими ядрами и моторными областями коры, которое наблюдалось только у пациентов, получавших генотерапию GAD [35]. В настоящее время продолжаются плацебо-контролируемые исследования 1/2 фазы новой разработанной терапии AAV2-GAD, доставляемой в субталамические ядра, для оценки безопасности и переносимости двух различных доз AAV2-GAD (NCT05603312), а также планируется проведение долгосрочного последующего исследования для этих пациентов (NCT05894343) (табл. 1).

В среднем мозге L-тирозин превращается в L-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) под действием тирозингидроксилазы (TH) с использованием кофактора - тетрагидробиоптерин-продуцирующего фермента GTP циклогидролазы 1 (GCH1). Далее L-DOPA превращается в DA под действием AADC. У пациентов с тяжелой формой PD активность фермента также снижена, что приводит к нарушению синтеза дофамина. Истощение активности AADC у пациентов с PD также было показано [46] и может быть важной этиологией двигательных расстройств. Важность фермента AADC еще больше подчеркивается у пациентов с его врожденным истощением, поскольку дефицит AADC приводит к нарушениям, связанным с движениями, таким как при PD. Поэтому генотерапия AADC может стать мишенью как для PD, так и для врожденных нарушений [47].

Избыточная экспрессия гена AADC продемонстрировала терапевтический потенциал в исследованиях на модели PD у грызунов и нечеловеческих приматов [48] (табл. 1). Первые клинические исследования фазы 1 с помощью intraputaminal инъекции AAV-hAADC показали, что она безопасна и обладает потенциальной эффективностью с минимальными побочными эффектами [26,28,49]. Одно из исследований включало долгосрочное наблюдение [50,51] и показало безопасность введения, а PET-диагностика повышенного уровня экспрессии AADC предполагала постоянную экспрессию трансгена. Для улучшения доставки была проведена 1-я фаза испытаний с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ) с прямой доставкой AAV2-hAADC в группе пациентов с PD (испытание PD-1101 или VY-AADC01) [29], и было показано, что это безопасный путь прямой инъекции для терапии AADC. В исследовании VY-AADC01 через 3 года наблюдения было отмечено, что лечение хорошо переносится, симптомы остаются стабильными или улучшаются, а пациентам требуется меньше лекарств [30]. Поэтому в настоящее время проводится рандомизированное, плацебо-контролируемое и двойное слепое клиническое исследование 2-й фазы новой терапии AAV-hAADC (VY-AADC02, NCT03562494), а также долгосрочное наблюдательное исследование (NCT03733496). Другие клинические испытания, проводимые при врожденном дефиците AADC, используют генную терапию, направленную на AADC в мозге [52-54], для лечения симптомов нарушения движения.

В другом исследовании, посвященном PD, в качестве вектора для доставки комбинированной генотерапии использовался лентивирус. В исследовании 1/2 фазы с открытой этикеткой и эскалацией дозы участники получали генную терапию на основе лентивирусного вектора, направленную на три гена: TH, AADC и GCH1. Эта терапия, названная ProSavin, продемонстрировала безопасность, хотя ее эффективность была ограниченной [10,11] (табл. 1). Последующая версия ProSavin, названная AXO-Lenti-PD (ранее OXB-102, улучшенная кассета для экспрессии генов, которая доклинически, по крайней мере, в 5 раз более эффективна, чем ProSavin, на основании анализа поведения и движений), была оценена в клиническом испытании, завершенном в 2022 году. AXO-Lenti-PD вводился однократно с помощью стереотаксической доставки в путамен с помощью МРТ и показал многообещающую доклиническую эффективность у не-человекообразных приматов. Однако разработка AXO-Lenti-PD была прекращена (NCT03720418), когда компания Sio Gene Therapies расторгла лицензионное соглашение на препарат [55].

Кроме того, система активации генов CRISPR, нацеленная на TH, была использована в исследовании генотерапии PD in vivo. При введении sgRNA, нацеленных на промотор крысиного TH, экспрессирующегося в астроцитах, выработка дофамина в стриатуме крыс на модели 6-OHDA (прогностическая модель и модель достоверности) восстанавливалась, а двигательная асимметрия, вызванная поражением, уменьшалась [56]. Этот альтернативный подход может расширить методы применения эффективных генотерапий.

Нейротрофические факторы необходимы для выживания, роста, дифференцировки, миграции и синаптической пластичности нейронов (табл. 2). При PD наблюдается дефицит нескольких нейротрофических факторов, что приводит к потере DA-ергических нейронов. Поэтому нейротрофические факторы рассматриваются как потенциальные мишени для модификации заболевания. Некоторые клинические исследования направлены на прямую инфузию этих факторов [57].

Таблица 2. Гены нейротрофических факторов среднего мозга, связанные с патологией PD.

GDNF - мощный нейротрофический фактор, связанный с выживанием и регенерацией, а также поддержанием DA-ергических нейронов. С момента первоначального открытия того, что GDNF может регенерировать DA-ергические нейроны in vitro [58], в нескольких клинических исследованиях были предприняты попытки использовать введение GDNF для восстановления DA-ергических нейронных систем [59-61]. Последующие клинические испытания были сосредоточены на intraputaminal введении GDNF. Хотя эти испытания не привели к значительным клиническим улучшениям, они продемонстрировали увеличение поглощения 18F-DOPA [62]. Более того, 18F-DOPA в качестве трассера использовался для демонстрации и количественной оценки пресинаптической функции DA. Сообщалось о снижении поглощения 18F-DOPA в стриатуме у пациентов с PD, а увеличение поглощения 18F-DOPA указывает на функциональное восстановление DA-ергических нейронов. Дальнейшие исследования были нацелены на МРТ-направленную intraputaminal доставку AAV2-GDNF для улучшения проникновения и эффективности. Хотя эта комбинированная система доставки и визуализации была безопасной, она показала ограниченную эффективность в исследованиях на людях [40,62] (табл. 1). Однако в последующем исследовании пациента с прогрессирующей PD, участвовавшего в том же клиническом исследовании, сообщалось, что симптомы PD стабилизировались в течение 3 лет [41]. В другом клиническом исследовании фазы 1b сообщается, что лечение достигает своей основной цели, без серьезных побочных эффектов; AAV2-GDNF хорошо переносится участниками с PD, демонстрируя общую стабильность в когорте пациентов с легкой формой PD. Через 18 месяцев в когорте умеренных участников наблюдалось улучшение показателей по Унифицированной рейтинговой шкале болезни Паркинсона Общества расстройств движений (MDS-UPDRS), по времени выполнения двигательного дневника, по Унифицированной рейтинговой шкале дискинезии (UDysRS), а также по эквивалентной суточной дозе леводопы (LEDD) (NCT04167540) [63]. В результате в настоящее время продолжается исследование 2-й фазы (NCT06285643), и ожидается, что показания будут расширены на множественную системную атрофию паркинсонного типа (NCT04680065).

Neurturin - это естественный структурный и функциональный аналог GDNF, который кодируется геном NRTN. Нейртурин был исследован для применения в генотерапии, как и GDNF. После многообещающих результатов, полученных в исследованиях на животных [25,64,65], было проведено открытое клиническое испытание фазы 1 на 12 пациентах, у которых PD было диагностировано не менее 5 лет. Пациентам проводились двусторонние стереотаксические intraputaminal инъекции AAV2-NRTN (CERE-120). Доставка препарата была эффективной, и у пациентов не возникло существенных проблем с безопасностью или переносимостью [36] (табл. 1). Однако последующее исследование фазы 2 по оценке безопасности и эффективности AAV2-NRTN в двойном слепом рандомизированном исследовании не продемонстрировало фармакологического эффекта у пациентов с прогрессирующей PD после 12 месяцев intraputaminal инъекций [37]. Долгосрочный и посмертный анализ пациентов, получавших терапию AAV2-NRTN в течение 10 лет, показал, что хотя экспрессия трансгена может сохраняться в течение длительного времени, ограниченная экспрессия нейрурина не приводит к клиническим улучшениям [15,66].

Церебральный дофаминовый нейротрофический фактор (CDNF) - еще один фактор, который может быть использован в качестве терапии PD. CDNF регулирует вызванную стрессом эндоплазматического ретикулума (ER) передачу сигналов ответа на развернутый белок (UPR) и способствует гомеостазу белка в ЭР. Поскольку стресс ЭР может вызывать дегенерацию DA-ергических нейронов при PD, CDNF может стать терапевтической мишенью. В крысиной модели 6-OHDA инъекции CDNF значительно уменьшили дегенерацию DA-ергических нейронов [67], а проникающее в мозг пептидомиметическое соединение на основе человеческого CDNF под названием HER-096 также защитило DA-ергические нейроны и уменьшило агрегацию синуклеина и воспаление в мышиной модели синуклеинопатии PD [68]. Клиническое исследование введения CDNF с использованием системы доставки лекарств с имплантированными катетерами в каждый путамен показало, что лечение было безопасным и хорошо переносилось пациентами с умеренно тяжелой формой PD [57]. Однако генотерапия с использованием вирусного вектора была протестирована только в моделях PD у грызунов, подвергшихся воздействию 6-OHDA или paraquat [69,70], а также в модели бокового амиотрофического склероза [71], направленной на двигательные нейроны. Эти исследования показали защиту нигростриатных путей и восстановление двигательной активности. Необходимо провести дальнейшие клинические исследования с использованием CDNF для борьбы с двигательной дисфункцией при PD, чтобы расширить круг целевых молекул препарата.

Мезенцефалический астроцит-производный нейротрофический фактор (MANF) - еще один нейротрофический фактор для DA-ергических нейронов, который регулирует передачу сигналов UPR, вызванную ER-стрессом, и способствует выживанию нейронов [72]. Доставка генов MANF грызунам в модели 6-OHDA показала эффективность в устранении двигательного дефицита [73,74]. Однако в одном из исследований, в котором использовалась комбинация CDNF и MANF, утверждалось, что только комбинированная избыточная nigral экспрессия обоих факторов в привела к восстановлению поведения и защите дофаминовых нейронов [75].

Мозговой нейротрофический фактор (BDNF) отвечает за нейрогенез, и инъекция BDNF может, таким образом, способствовать нейрогенезу [76]. В результате в настоящее время проводятся испытания генотерапии с использованием инъекций AAV2-BDNF у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, для усиления трофического эффекта в оставшихся нейронах нейронных цепей, связанных с когнитивными функциями и памятью (NCT05040217). У пациентов с PD экспрессия BDNF в substantia nigra снижена [77]. Терапия AAV-BDNF в мышиных моделях PD с помощью MPTP ослабила двигательные и когнитивные нарушения [78], и эти результаты могут привести к дальнейшим испытаниям на людях.

Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) также является нейротрофическим фактором и может стать одним из возможных методов лечения [79]. Инкапсулированный в наносферы VEGF [80], с помощью инъекций AAV-VEGF [81] и стволовые клетки, экспрессирующие VEGF-A [82], использовались в модели PD грызунов с 6-OHDA, и после лечения наблюдались нейропротекторный эффекты, облегчение боли и восстановление вращательного поведения. Кроме того, доклинические терапевтические данные подтверждают преимущества VEGF-B [83] и -C [84]. Необходимы дальнейшие доклинические и клинические исследования.

Генотерапия нейротрофическими факторами вызывает широкий интерес благодаря своему потенциалу вызывать регенерацию нейронов. Однако большинство клинических испытаний показали низкую эффективность, это означает, что они не могут полностью остановить прогрессирование заболевания или восстановить функции мозга. Эти результаты связаны с неэффективной доставкой, плохой диффузией и не-оптимальными дозами вводимого AAV. Последние результаты показывают, что сочетание генотерапии AAV-GDNF с трансплантацией клеток DA-ергических нейронов, полученных из стволовых клеток человека, может быть эффективным для повышения выживаемости и связности трансплантированных дофаминовых нейронов среднего мозга, что приводит к лучшей анатомической интеграции и функциональному восстановлению, а также эффективной реконструкции DA-ергических цепей [85]. Для дальнейшего развития генотерапии нейротрофическими факторами может потребоваться некая комбинированная терапия.