AAV介导的曲妥珠单抗中枢神经系统递送用于EGFR2阳性脑转移瘤

背景介绍

在乳腺癌治疗中，人表皮生长因子受体2（HER2）+ 的肿瘤表现出更为侵略性的特征，这给临床治疗带来了显著挑战。自1998年曲妥珠单抗（Trastuzumab，商品名赫赛汀®）获得批准以来，该药已显著改善HER2+ 乳腺癌患者的整体生存率。然而，对于发展为中枢神经系统（CNS） 的HER2+脑转移病例，由于存在脑血屏障及其他因素的影响，曲妥珠单抗在脑脊液中的半衰期较短（2-4天），传统的系统性抗HER2抗体治疗效果有限。因此，有必要寻求新的治疗途径来靶向HER2+ CNS疾病。

研究来源

本文的研究由Marcela S. Werner、Shweta Aras、Ashleigh R. Morgan等来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院基因治疗计划部门的研究人员进行，研究结果发表于2024年3月13日《Cancer Gene Therapy》杂志上。

研究细节

研究流程

为了针对HER2+ CNS转移，研究人员开发了一种重组腺相关病毒（AAV）载体，该载体通过人类共价调控子（ubiquitin C，UBC）启动子表达经密码子优化的曲妥珠单抗序列（aav9.ubc.trastuzumab）。研究包含以下主要步骤： 1. 载体构建：优化曲妥珠单抗重/轻链序列，人参白介素2（IL2）信号肽引导表达，并利用furin切位及自裂解肽链接器分离重/轻链。 2. 动物模型验证： - 使用成年RAG1敲除小鼠进行脑内注射（ICV）和体内抗肿瘤实验。 - 利用非人灵长类猴（NHPs）进行政池大囊（ICM）注射。 3. 基因表达和分布检测： - 采用实时定量PCR（qPCR）、酶联免疫吸附测定法（ELISA）、Western Blot、原位杂交（ISH）、单细胞RNA测序（snRNA-seq）等方法。 - 检测及分析抗肿瘤效应，多次采集生物样本进行药效评估。 4. 抗肿瘤疗效评估： - 建立乳腺癌脑转移异种移植模型。 - 通过光学成像系统（IVIS）跟踪肿瘤进展。

研究结果

1. 载体导入与表达：在ICV注射aav9.ubc.trastuzumab（1 × 10^11 gc/鼠）后，RAG1敲除小鼠的血清和脑部均检测到持续的曲妥珠单抗表达。qPCR数据表明，载体基因在脑和肝中共有1769倍和3312倍的信号增强，mRNA则分别为26188倍和3967倍信号增强。
2. 抗肿瘤效应：aav9.ubc.trastuzumab显著延缓BT-474和MDA-MB-453异种移植模型的肿瘤进展，具体表现为肿瘤相关的光学信号显著下降及总生存期延长。例如，接受该载体治疗的BT-474移植小鼠中，过半数小鼠实现了完全缓解（>12周）。
3. NHP模型验证：在3-4岁印度雌性恒河猴中进行ICM注射（3 × 10^13 gc/只），且实验进行36-37天无显著不良反应或病理学异常。ELISA和LC-MS检测表明CSF和脑组织样本中均有足够表达的治曲妥珠单抗。

结论

该研究验证了AAV介导的曲妥珠单抗在中枢神经系统内的长期表达及其对HER2+脑转移的显著抗肿瘤效应。该基因治疗策略不仅避免了重复注射导致的并发症，而且通过持续的局部药物浓度改善患者预后。

研究意义及亮点

1. 临床意义：

   • 提供了一种新的靶向HER2+ CNS转移的治疗手段，有望改变现有治疗方案中由于脑血屏障导致药效不佳的局面。
   • 潜在减少患者的治疗负担和并发症风险，显著提升生活质量。

2. 技术创新：

   • 使用UBC启动子驱动的密码子优化曲妥珠单抗新型AAV载体，通过ICV和ICM注射实现高效转导并长期表达。
   • 三维成像技术及实时定量PCR等多种技术的综合应用，提高了数据的精准度及可靠性。

3. 动物模型的应用：

   • NHP模型的成功应用，提供了有力的数据支持，为进一步临床试验打下基础。

总结

本文研究充分展示了利用AAV9载体在中枢神经系统内持续表达曲妥珠单抗的可行性及其显著的抗肿瘤效应。这一突破性成果不仅为HER2+ CNS转移患者带来了新的生存希望，也为未来的基因治疗研究开辟了新道路。