替代基因疗法可能有效治疗一些罕见疾病

2021年8 月 11 日——细菌介导的基因转移已成为治疗苯丙酮尿症 (PKU) 等一些罕见疾病的替代基因疗法 (AGT)。这种类型的治疗是有利的，因为它很容易通过建立的蛋白质表达系统进行调节。一家名为 Synlogic 的公司开发了一种使用细菌载体治疗 PKU 的 AGT 候选药物。

疗法的精确分类并不总是直截了当的。虽然有些方法完全属于基因治疗的定义范围，但其他方法则不那么明确。属于这个灰色区域的一类细菌疗法被称为替代基因疗法(AGT)。

与更传统的细菌介导的基因转移(一种称为细菌感染的技术)不同，AGT 不涉及到宿主细胞的实际基因转移。取而代之的是，制造治疗性蛋白质的任务完全交给了工程细菌，这些细菌可以位于靶细胞之外，也可以被它们吞噬。

与传统方法相比，AGT 的主要优点是易于调节。蛋白质表达可以通过使用小分子的诱导型细菌启动子进行调节，并且可以通过应用抗生素立即终止治疗。也可以进行营养缺陷型修饰以限制生物体在没有特殊营养的情况下生长的能力。

AGT 也称为细菌蛋白质传递，这可能是一个更精确和信息量更大的术语。Synlogic 专门研究这种方法，称之为“合成生物”疗法。该公司最近为 PKU 开发一种疗法的工作说明了该平台的主要功能。

PKU治疗史

PKU 是一种遗传性代谢紊乱，由 PAH 基因突变引起，导致苯丙氨酸羟化酶 (PAH) 水平异常低。PAH 催化苯丙氨酸的羟基化形成酪氨酸，缺乏这种酶会导致苯丙氨酸的毒性水平的积累。它是一种常染色体隐性遗传病(意味着该基因的两个遗传拷贝都必须有缺陷)，每 12,000 人中就有 1 人受到影响。

未经治疗的 PKU 可导致多种神经系统问题，包括：

智力障碍

行为问题

癫痫发作和震颤

认知问题

精神障碍

PKU 的治疗通常包括严格遵循限制性饮食，避免食用苯丙氨酸含量高的食物。这种方案可能难以遵守，因为苯丙氨酸是牛奶、鸡蛋、大豆和大多数肉类(包括鱼和贝类)中常见的必需氨基酸。人造甜味剂阿斯巴甜是一种氨基酸天冬氨酸和苯丙氨酸的二肽。

PKU 的早期检测以及定期验血对于确定最佳饮食需求至关重要。由于大多数蛋白质的生产都需要苯丙氨酸，因此必须保持最低苯丙氨酸水平。大多数发达国家的婴儿在出生时都会接受筛查，以便立即开始治疗。

最近，已开发出酶替代疗法 (ERT) 来治疗 PKU。PAH 酶的缺点之一是其稳定性差，因此研究转而专注于能够分解苯丙氨酸的更稳定的酶。在许多植物、真菌和细菌中发现的苯丙氨酸解氨酶 (PAL) 就是这样一种替代方法。PAL 催化苯丙氨酸转化为氨和反式肉桂酸 (TCA)，然后转化为马尿酸并随尿液排出体外。

2018年，美国食品药品监督管理局批准BioMarin的酶替代疗法pegvaliase(Palynziq)用于治疗成人PKU。Pegvaliase 含有源自 Anabaena variabilis(一种蓝藻)的PAL 。由于细菌来源的 PAL 具有很强的免疫原性，pegvaliase 中的 PAL 酶与聚乙二醇结合以在称为聚乙二醇化的过程中阻断免疫原性表位。尽管进行了这些修改，该药物仍会引起严重的过敏反应，使其给药复杂化。

口服 PAL 可以解决皮下给药带来的许多挑战，并且具有更广泛的治疗潜力。膳食苯丙氨酸存在于人体胃肠 (GI) 道中，因此口服 PAL 制剂可以在氨基酸被人体吸收之前降低苯丙氨酸浓度。

证据还表明，人体全身性苯丙氨酸通过肠道持续循环，进一步提高了口服制剂的治疗潜力。不幸的是，尽管与 PAH 相比，PAL 的稳定性有所提高，但它在胃肠道中不能存活足够长的时间来产生治疗效果，而且稳定口服给药的酶的努力也没有成功。

一种治疗 PKU 的新方法

Synlogic 的方法使用细菌载体在胃肠道内制造苯丙氨酸代谢酶。SYNB1618 是一种益生菌的基因工程菌株(大肠杆菌菌株 Nissle 1917)，它已被修改为包含两种降解苯丙氨酸的基因编码酶的多个拷贝：

PAL，一种源自发光细菌Photorhabdus luminescens的酶，可将苯丙氨酸转化为氨和 TCA

L-氨基酸脱氨酶，一种源自奇异变形杆菌的酶，可在氧气存在下将苯丙氨酸转化为苯丙酮酸

该菌株吸收苯丙氨酸的能力也随着其内源基因之一的额外拷贝而增强，该基因编码一种称为苯丙氨酸特异性通透酶的苯丙氨酸高亲和力转运蛋白。最后，SYNB1618 删除了一个对生长必不可少的基因，使其在没有特殊补充的情况下无法生长。(dapA 基因编码一种叫做 4-羟基-四氢吡啶二羧酸合酶的酶，这是合成一种叫做二氨基庚二酸的化学物质所必需的。)

Synlogic 的 SYNB1618 治疗药物的 I/IIa 期临床试验结果最近发表在Nature Metabolism 上，数据显示该药物安全且耐受性良好。该生物体也无法在胃肠道定植，SYNB1618 在给药后四天内完全清除。在患者的尿液和血浆中检测到较高浓度的苯丙氨酸分解产物，但对患者苯丙氨酸水平的整体治疗效果尚不清楚。

Synlogic 正在开发其他合成生物疗法，包括 SYNB1934，这是对 PKU 治疗的进一步改进;SYNB8802治疗肠道高草酸尿症，一种获得性代谢紊乱;SYNB1891，一种通过激活干扰素基因刺激物(STING)途径靶向实体瘤的免疫治疗药物。

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