本文最初发表于 Knowable Magazine.
萨曼莎·甘德尔在仅四个月大时就开始癫痫发作。在她一岁生日时，她正在服用三种不同的抗惊厥药物。由于癫痫发作时吸入反流食物而引起的肺炎反复发作，形成了一个恶性循环，使这位年幼的学步儿童在纽约州韦斯特切斯特县家附近的医院里进进出出。
基因检测很快证实了她医生们的猜测：现年4岁的萨曼莎患有德拉维特综合征，这是一种不治之症的癫痫。她的大脑之所以出现误触发，是因为一种与大多数遗传性疾病基因突变不同的突变；这种突变长期以来一直规避着纠正的可能性。现有的药物可以帮助缓解症状，但却无法解决她疾病的根本原因。
这是因为德拉维特综合征的核心突变造成了一种称为单倍剂量不足的现象，即一个人如果只有一种基因副本正常工作，就会生病。那一个孤立的基因根本无法产生足够的蛋白质来发挥其分子作用。在德拉维特综合征的情况下，这意味着神经细胞之间的电信号会失调，导致引发癫痫发作的神经冲击波。
大多数基因并非如此。尽管人类基因组中几乎每个基因都有两个副本，一个来自父亲，一个来自母亲，但身体通常只有一个也能正常运作。
但像SCN1A（德拉维特综合征的主要罪魁祸首）这样的基因则不然。对于SCN1A以及数百种类似的已知基因来说，需要精确的分子活性平衡才能确保正常功能。活性过低是个问题——而且，活性过高通常也是个问题。
这种“金发姑娘”模式部分解释了为什么传统的基因疗法策略不适合纠正单倍剂量不足。对于这类疗法——其中一些现在已可用于治疗“隐性”遗传病，如血液病β-地中海贫血和一种遗传性视力丧失——引入的基因产生的蛋白质量只需达到最低阈值即可纠正疾病过程。
在这些情况下，如果新增基因过度活跃，也不是问题——治疗性蛋白质水平有下限，但没有上限。Gopi Shanker表示，对于德拉维特综合征等许多剂量敏感性疾病，尤其是脑部疾病，情况并非如此，因为过多的蛋白质会导致神经元活动过度兴奋。Gopi Shanker曾担任马萨诸塞州剑桥市Tevard Biosciences公司的首席科学官，直到今年早些时候。“这使得它更具挑战性，”他说。
更具挑战性的是：用于将治疗性基因运送到人体细胞的特殊改良病毒，只能携带有限的额外 DNA——而德拉维特综合征和许多相关的单倍剂量不足疾病的关键基因太大，无法装入这些递送载体。
不再被忽视
面对这些技术和分子障碍，生物技术行业长期以来一直忽视单倍剂量不足疾病。30多年来，公司们纷纷争夺罕见遗传病药物开发的商机——例如，针对囊性纤维化或血友病——但像德拉维特综合征这样的疾病却被冷落。“这是最被忽视的一类疾病之一，”总部位于加利福尼亚州伯克利和波士顿的Regel Therapeutics公司的联合创始人兼首席科学官Navneet Matharu说。
但现在不同了。得益于新的治疗理念和对疾病过程的更好理解，Regel、Tevard以及其他几家生物技术初创公司正在瞄准德拉维特综合征，开发实验性治疗方法和技术，他们表示这些方法将为更广泛地治疗单倍剂量不足疾病提供试验基础。
蒙特利尔儿童医院的儿科神经科医生Kenneth Myers表示，目前，除了缓解症状的药物外，这些疾病患者几乎别无选择。他曾在2022年《年鉴药理学与毒理学》杂志上撰文讨论针对德拉维特综合征和类似遗传性癫痫的新兴疗法。但他表示，得益于新的进展，“有充分的理由感到乐观。”
就萨曼莎而言，她现在似乎已经通过一种名为STK-001的药物控制住了她的疾病；这是有史以来第一次在临床上评估一种能解决德拉维特综合征根本原因的药物。
在2022年2月至4月期间，医生三次将一根长针插入女孩的下脊柱，注射了这种实验性疗法。这种疗法旨在提高负责德拉维特综合征的钠离子转运蛋白的水平。这似乎有效。有一段时间，萨曼莎几乎没有癫痫发作——大概是因为蛋白质水平的提高有助于纠正她大脑中的电信号失衡。
传统的基因疗法策略不适合纠正单倍剂量不足。
她平均每7到10天一次的癫痫发作，变成了几个月都没有一次。她的语言能力和身体能力都有所改善。她的步态变得稳健，震颤也消失了。
最终，随着治疗效果减退，萨曼莎开始出现病情反复，每隔几周就会有癫痫发作。但她在2022年10月开始根据一项新的试验方案接受额外的STK-001剂量，从那时起，她在六个月内只经历了两次癫痫发作。“这真的很神奇，”她的母亲 Jenni Barnao说。
“这是治愈吗？不……但这绝对是我们最好的机会，”Barnao说。“这种药物肯定有非常好的效果。她的脑子就是运作得更好。”
增加助推
STK-001疗法依赖于这样一个事实：基因的正常活性在一定程度上是低效且浪费的。当基因被解码成mRNA时，生成的序列需要进一步剪接才能成熟，并作为制造蛋白质的指南。但通常，这个过程很粗糙，无法产生可用产品。
这就是STK-001发挥作用的地方。
STK-001是一种“反义”疗法，由短的合成RNA片段组成，这些片段经过量身定制，可以粘附在SCN1A基因转录本的一部分上，从而提高产生成熟剪接的效率。这些合成片段会结合德拉维特综合征患者唯一有功能的基因产生的mRNA，并帮助确保剪接掉不需要的mRNA序列部分，就像电影编辑会剪掉影响电影故事的场景一样。因此，产生的可用离子通道蛋白比没有它时更多。
图片来源：STOKE THERAPEUTICS
蛋白质水平并未完全恢复正常。根据小鼠研究，蛋白质水平有所提升，约为50%至60%，而不是翻倍。但这种提升似乎足以对患者的生活产生实际影响。
位于马萨诸塞州贝德福德的Stoke Therapeutics公司在2022年美国癫痫学会年会上报告称，在前27名接受多次疗法剂量的德拉维特综合征患者中，有20名癫痫发作频率有所降低。在像萨曼莎这样年幼的儿童中观察到最大的益处，他们的脑部因多年的癫痫发作和细胞功能异常而累积的损伤较少。可能导致市场批准的更大规模的确认性试验计划于明年开始。
Stoke在修复德拉维特综合征和单倍剂量不足疾病方面并非孤军奋战。其他几家生物技术初创公司也正通过自己的技术方法来增强现有功能基因的活性，即将进入临床试验。例如，Encoded Therapeutics公司即将开始招募患者，进行其德拉维特综合征实验疗法ETX-001的试验；该疗法使用一种工程化的病毒递送一种可以提高SCN1A基因活性的蛋白质，从而生成更多的mRNA副本。
纽约大学朗格尼健康中心神经学家Orrin Devinsky表示，如果这些公司中的任何一家成功逆转了德拉维特综合征的病程，那么它们的技术就可以被改编来治疗任何类似的疾病。他与几家公司合作，并参与了萨曼莎的护理。“一种有效的疗法将为解决其他单倍剂量不足提供一个潜在的平台，”他说。
新靶点，新策略
Stoke很快将把这个想法付诸实践。
鉴于其德拉维特综合征疗法的早期前景，该公司开发了第二种候选药物STK-002，它同样靶向剪接，将非生产性基因转录本转化为生产性转录本。但在此案例中，它是为了治疗一种称为常染色体显性遗传性视神经萎缩的遗传性视力障碍，该病是由OPA1基因的单倍剂量不足引起的。在这种疾病中，一个有功能的OPA1基因副本不足以维持眼睛到大脑的正常神经信号传递。
STK-002的临床评估预计将在明年开始。与此同时，Stoke还与圣地亚哥的Acadia Pharmaceuticals公司合作，探索治疗雷特综合征和SYNGAP1相关智力障碍的方法，这两种疾病都是由蛋白质水平不足引起的严重脑部疾病。
“这种药物肯定有非常好的效果。她的脑子就是运作得更好。”
Jenni Barnao
Stoke的剪接调节方法自然源于另一种反义药物Spinraza的成功。Spinraza由Ionis Pharmaceuticals与Biogen合作开发，它也作用于mRNA转录本的剪接，以促进缺失蛋白质的产生。2016年，它成为第一个获准用于治疗一种罕见神经肌肉疾病——脊髓性肌萎缩症（SMA）——的疗法。
尽管如此，SMA略有不同。它不是单倍剂量不足——它发生在两个基因副本都有缺陷时，而不是只有一个——但从遗传学角度来看，它是一种不寻常的疾病。由于人类基因组的一个特性，人们发现有一种备用基因，它通常不工作，因为它的mRNA会发生错误的剪接。通过Spinraza作为指导来帮助mRNA正确剪接，这个备用基因就可以被激活，并承担受损基因副本无法完成的工作。
很少有疾病像这样。但Stoke的科学联合创始人、冷泉港实验室（纽约）的分子遗传学家Adrian Krainer（他曾帮助开发Spinraza）以及他以前的博士后研究员Isabel Aznarez意识到，对于单倍剂量不足——这个群体的疾病——这种剪接调节类型可能是有益的。
Spinraza是原型。Stoke的产品组合充满了下一代产品。“我们把它提升到了一个新的水平，”Aznarez说，她现在是Stoke的发现研究主管。
达到平衡
曾经有一段时间，德拉维特综合征的研究人员更专注于传统的基因替代疗法。他们的目标是将SCN1A基因的正常工作版本插入病毒基因组，然后将工程化的病毒引入脑细胞。但问题是多方面的。
首先，基因疗法策略中通常使用的病毒载体——腺相关病毒（AAV）——太小，无法容纳构成SCN1A基因序列的全部6,030个DNA字母。
研究人员尝试了几种潜在的变通方法。例如，在伦敦大学学院，基因治疗师Rajvinder Karda及其同事将SCN1A基因分成两半，并用不同的病毒载体将两部分都递送到小鼠体内。在多伦多大学，神经科学家David Hampson及其团队尝试引入一个较小的基因，该基因可以装入单个AAV载体，并以间接的方式补偿SCN1A的不足。
但这些努力都没有超越小鼠实验。而且，虽然在西班牙纳瓦拉大学的研究人员已经证明，使用其他类型的病毒载体，将整个SCN1A基因递送到细胞是技术上可行的，但这些病毒通常被认为对人体不安全。
科学家们说，为了恰到好处地控制蛋白质水平，最好遵循细胞自身的规律。
此外，即使基因替代能够奏效，也有很多理由认为它对于像德拉维特综合征这样蛋白质水平失衡是根本缺陷的疾病来说并不理想。这类基因疗法产生的蛋白质量可能不可预测，最终制造蛋白质的细胞类型也是如此。
科学家们说，为了恰到好处地控制蛋白质水平，最好遵循细胞自身的规律，利用它在体内自然产生目标蛋白质的方式，然后在某些组织中提供治疗性的辅助。
例如，CAMP4 Therapeutics公司正在使用反义疗法，与Stoke一样。但CAMP4的药物并非靶向基因转录本的剪接，而是靶向作为变阻器控制这些转录本产生量的调节分子。该公司声称，通过阻断或稳定不同的调节分子，可以以精确且可调的方式提高目标基因的活性。
CAMP4公司总裁兼首席执行官Josh Mandel-Brehm说：“这基本上是教身体做得更好一点。”CAMP4公司位于马萨诸塞州剑桥。
理论上，称为CRISPR的基因编辑技术可以消除所有这些治疗方法的必要性。基因编辑允许您完美地纠正基因中的错误——因此，可以编辑有缺陷的DNA序列来纠正它，使患有德拉维特综合征或其他单倍剂量不足疾病的儿童恢复如初。
但这项技术远未准备好投入实际应用。（一些首批在儿童身上测试的CRISPR疗法未能显示出多少益处。）此外，任何基因纠正疗法都必须针对患者特异性突变的独特性质进行定制——仅SCN1A基因就有1200多种导致德拉维特综合征的突变。
因此，约翰霍普金斯大学的RNA生物学家、Tevard的科学联合创始人Jeff Coller更倾向于采用能够解决目标基因中所有类型致病性改变的治疗策略，就像目前大多数公司正在做的那样。“拥有一种不受突变影响的技术是针对所有患者群体的方法，”他说。
“我们对任何能帮助我们女儿的方法都持开放态度。”
Daniel Fischer
Tevard公司的使命是“逆转”德拉维特综合征（该公司名称是Dravet倒序），它正通过多种方式应对这一挑战。一些方法涉及工程化的RNA版本，这些RNA对蛋白质的产生至关重要；称为“转移”RNA，它们有助于将氨基酸构建块运送到不断增长的蛋白质链。其他方法旨在帮助将有益的调节分子引入SCN1A基因活性位点。
但Tevard的所有治疗候选药物距离临床试验至少还有一年，而STK-001目前正在进行人体试验。因此，该公司的首席执行官Daniel Fischer——他与董事会主席兼联合创始人Warren Lammert一样，都有一个患有德拉维特综合征的女儿——正在考虑让他现在13岁的孩子参加Stoke的试验，而不是等待他自己公司的努力开花结果。
“我们对任何能帮助我们女儿的方法都持开放态度，”Fischer去年11月在公司总部午餐时说。
“以及帮助所有德拉维特综合征患者，”Lammert补充道。“我们希望看到许多这些尝试都能成功。”
编辑注：本文于2023年4月14日修改，以纠正Gopi Shanker与Tevard Biosciences的关系。Shanker是Tevard的前首席科学官；他现任Beam Therapeutics的首席科学官。
本文最初发表于Knowable Magazine，这是来自 Annual Reviews 的一项独立新闻报道。注册新闻通讯。
