“特洛伊木马”抗体与基因治疗，如何攻进下一城：脑部疾病

01攻克血脑屏障有多难？

硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病、癫痫、脑部肿瘤等疾病，它们都很难治疗，这是因为大脑受到血脑屏障的保护。

血脑屏障（BBB），一层紧密堆积的细胞，排列在大脑的血管中，可以阻止毒素、病原体和一些营养物质进入大脑，是大脑为保护中枢神经系统免受伤害而形成的一个重要进化机制。

然而，BBB也是治疗药物进入大脑内部的一个主要障碍，阻止了98%以上的小分子药物和几乎100%的大分子药物在大脑中发挥治疗作用。

有研究证明，治疗性抗体在静脉或者腹腔注射给药后，它们在大脑中的水平仅相当于血浆中水平的0.01-0.1%，较低的药物浓度也导致抗体无法充分的发挥药效。

不过越来越多的技术策略逐渐突破了传统方法在BBB中的障碍。超声波、小分子、双抗、蛋白药，以及一些新的递送技术，如纳米颗粒、外泌体、病毒载体等，基于各自特殊的技术创新展现出改善方法，在神经系统相关疾病中显示出治疗潜力。

突破BBB的临床阶段产品

02基于受体介导胞吞作用的抗体药

科学家们已经开发了多种方法来增强大分子的BBB穿透性，改善药物在大脑中的暴露量。其中，通过靶向BBB细胞上高表达的受体，利用受体介导的胞吞作用 (RMT) 来跨越BBB，是目前BBB递送研究最广泛的策略之一。

基于RMT作用，经过改造的药物分子，在与脑血管内壁的特定受体结合后，可被内吞进入血管内皮细胞，然后通过跨细胞转运作用，将药物释放在脑组织一侧。这个过程对药物分子乔装改扮蒙混过关，因此又被称为“分子特洛伊木马”的方法。

目前，RMT受体例如转铁蛋白受体 (TfR)、 胰岛素受体（IR）、 低密度脂蛋白受体 (LDLR)等靶蛋白已成功用于开发抗体、融合蛋白等大分子药。

正在利用RMT作用进行药物开发的公司及技术方法

靶向TfR

这些受体中，基于TfR的方法已有产品上市 。2021年，日本厚生劳动省（MHLW）批准了JCR Pharmaceuticals公司Izcargo（pabinafusp alfa）上市，用于治疗黏多糖贮积症II型（MPS II，又名亨特综合征）。

Pabinafusp alfa（JR-141）是一种TfR抗体与溶酶体酶的融合蛋白，也是世界上首款获得监管机构批准、能够穿越BBB的酶替代疗法。今年2月，pabinafusp alfa（JR-141）的全球3期临床试验在美完成首位患者给药。

pabinafusp alfa介导的BBB递送

罗氏/Genentech公司RG6102（RO7126209）是一款基于CrossMab技术的2+1形式双特异性抗体，用于治疗阿尔茨海默病。

RG6102又称brain shuttle gantenerumab，也是罗氏抗淀粉样蛋白-β（Aβ）单抗药物Gantenerumab的加强版。RG6102通过靶向TfR和Aβ，使之穿透血脑屏障，改善了大脑暴露量，防止斑块形成。

目前，RO7126209已进入了治疗前驱或轻中度阿尔茨海默病的II期临床试验（NCT04639050）。

TfR/Aβ双抗

Denali Therapeutics公司的方法没有直接使用抗TfR抗体，而是工程化改造Fc结构域，使其具有和TfR结合的能力。该策略同样能够通过RMT作用将药物传递到大脑中，将大脑中的药物暴露量提高10到30倍。

Denali公司专有的工程化Fc片段对Fc端的CH3区域的9个氨基酸进行突变，改造后的Fc能够与两个具有相同表位的Fab臂（模仿IgG抗体）或两个具有不同表位的Fab臂融合（模拟双特异性抗体），以产生BBB穿透性的抗体。另外，该策略也可以用于其它蛋白类药物，例如酶的运输（NCT04251026）。

特殊的Fc片段

不过，虽然当前抗体及其他蛋白质药物的这些优化方法，已经能够将在大脑中的药物浓度提升数十倍，但大脑中药物的绝对水平仍然很低，可能不到血浆中药物的2%。更多突破血脑屏障的方法正在不断的被探索和挖掘中，例如基于AAV病毒载体的基因疗法。

03基于AAV载体的基因治疗

自2015年以来，使用AAV衣壳递送至中枢神经系统（CNS）的药物的试验数量有所增加，这反映出基因治疗在CNS疾病中表现出潜力。FDA在2019年批准了Zolgensma用于治疗1型脊髓性肌萎缩症，这是第一个成功的基于AAV的中枢神经系统疾病基因疗法。

目前治疗帕金森症、阿尔茨海默病、罕见单基因疾病等CNS适应症的AAV基因治疗均已处在临床试验之中。

类似于特洛伊木马，AAV衣壳经过特殊设计可以编码各种神经治疗性转基因，通过与神经血管内皮细胞的表面蛋白结合进入脑实质，触发受体介导的胞吞作用。

对于CNS疾病， AAV基因治疗可提供了三种策略：a. 最常见的是通过递送转基因进行基因置换；b. 抗体表达是传统被动免疫的有希望的替代方案；c. RNA干扰（RNAi）或基因编辑进行基因沉默。

给药方式上，CNS基因治疗最早开始运用的是脑实质内（IPa）给药。鞘内（IT）、脑室内（ICV）给药也已经在多种临床前试验中进行了测试。

此外，越来越多的研究也开始采用非侵入式的方法。静脉内给药（IV）具有将基因转移至整个CNS并且更均匀分布的潜力；肌肉注射（IM）递送AAV载体可以替代用于靶向CNS的抗体治疗剂。

AAV衣壳

AAV基因治疗靶向神经系统疾病的潜力主要由衣壳决定。天然AAV病毒在大脑的感染率并不高，如今越来越多的AAV变体正在不断产生，以攻克血脑屏障的难题。

前几日，辉瑞（Pfizer）公司获得了Voyager Therapeutics公司TRACER衣壳发现平台生成的新型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。

Voyager公司技术还曾与诺华（Novartis）达成总额高达17.5亿美元的合作协议，共同开发突破血脑屏障、靶向中枢神经系统的新型AAV载体。

TRACER平台产生的一组特异性AAV衣壳在非人灵长类动物（NHP）中已显示出卓越的血脑屏障穿透能力，显著增加对脑和脊髓的靶向性。研究显示，与常规AAV9相比，当静脉给药NHP时，该AAV衣壳在广泛的大脑区域中显示出超过 1000 倍的转基因表达水平（通过mRNA水平测量）。

利用AAV治疗CNS的三种策略

说到衣壳发现，不得不提的是Dyno Therapeutics 公司基于AI的AAV衣壳设计平台CapsidMap，该平台从人类遗传学大牛乔治·丘奇(George Church)博士实验室脱颖而出，也受到了诺华、罗氏等制药巨头的看好，共同开发CNS等领域的基因治疗。

CapsidMap使用先进的AI机器学习搜索算法，结合高通量的实验生成大量的体内数据，加速创建新颖的合成AAV衣壳，克服传统AAV的递送局限。

正在开发CNS基因治疗的的部分公司及技术方法

然而，利用AAV进行脑部药物递送尚处于起步阶段，装载大小限制、靶向能力、转导效率、免疫原性、预存免疫、新型跨物种兼容性等，都是AAV载体开发未来突破的关键，也是当前的主要研究方向。

小结

涉及大脑的神经学领域是人类科学最举步维艰的地方之一。目前针对血脑屏障各路方法虽都存在特有的优势，但也有相应的局限性。

大分子药已有上市产品，但当前的优化方法并未使得抗体、融合蛋白在大脑中达到比较理想的暴露量。

AAV作为神经相关疾病领域的新兴手段，近年来研究成果颇丰，大厂纷纷入局，但跨越重重障碍还有很长的路要走。