老顽童说 老顽童说 2024-05-22 23:00 北京
翻译 by 蔺舫民 郑子凯 吕东良 张亦欣 刘承宇
人类探索未知、解锁生命奥秘的脚步从未停歇。在人类基因组的广袤“暗区”中，隐藏着古老的病毒遗迹，它们曾被科学界长期忽视。然而，随着研究的深入，人们发现靶向这些“暗基因组”中的病毒样元件，正逐渐成为治疗神经退行性疾病、癌症、自身免疫疾病乃至衰老的新希望。多家初创公司正投身此研发领域，旨在通过新技术缓解这些疾病并延缓衰老。近期，Michael Eisenstein在Nature Biotechnology发表文章“Startups probe hidden viruses in the ‘dark genome’ to treat disease”，对靶向“暗基因组”的临床（前）试验进行了概述，展示了其在衰老及衰老相关疾病治疗方面的潜力。
药物研究人员发现，基因组中古老的病毒样遗迹可能为治疗神经退行性疾病、癌症、自身免疫疾病甚至衰老提供新的途径，包括使用抗体、疫苗和抗逆转录病毒药物。新一波疗法正是瞄准了这些遍布人类基因组的病毒样元件展开了相关研究。这些寄生体在人类进化的过程中逐步积累,它们嵌入在编码基因之间的、广袤的DNA序列中——科学家们称之为“暗基因组”。虽然这些元件以往常被忽略，但越来越多的科学证据显示，人类基因组中这些通常处于休眠状态的组成部分，包括逆转录病毒、转座子以及其他重复序列——如果被重新激活，可能会引起炎症、癌症等多种与疾病相关的细胞损伤。一些公司已经认识到，这种“暗基因组”的重新激活是一个尚未开发的临床研究蓝海，并正在开发治疗方法来扼杀这些古老的“入侵者”。例如，Transposon Therapeutics公司的主要候选药物TPN-101，最初是作为一种抗逆转录病毒药物被设计用来抗击HIV-1病毒，但它似乎对藏身于“暗基因组”中的LINE-1（long interspersed nuclear element-1）转座子也具有强大的抑制效果。今年2月份，该公司公布了一项二期临床试验的积极结果，该试验测试了TPN-101治疗神经退行性疾病——进行性核上性麻痹（progressive supranuclear palsy, PSP）的潜力。这一进展已经引起了风险投资者和制药行业的高度关注。2023年9月，专注于“暗基因组”研究的新兴企业Rome治疗公司也宣布，他们从赛诺菲、百时美施贵宝和强生等大型企业获得了7700万美元的B轮融资，这一轮融资的总金额达到了1.49亿美元。许多新成立的公司在最初尝试说服投资者认可“暗基因组”所蕴含的临床治疗潜力时，遇到了不小的阻力。“这些元件往往被人们认为既无功能性也无关紧要，” Joseph Dukes说，他是位于英国牛津的Enara Bio公司的首席科学官，该公司致力于筛选“暗基因组”，寻找可能为癌症免疫疗法提供富有成效的抗原靶点。Rome Therapeutics的首席执行官兼联合创始人Rosana Kapeller回忆在2020年摩根大通健康医疗大会上的场景，当她首次介绍公司的策略时，遭到了与会者的质疑。“他们看着我，说‘你真是疯了’，”她这样回忆道。这种怀疑态度是情有可原的，因为就在不久前，药物研发的焦点几乎还是完全放在了外显子上，也就是基因组中负责编码蛋白质的那2%的部分。然而，人类基因组超过一半是由那些在进化过程中累积起来的重复性“暗基因组”元件构成的。以LINE-1为例，它的历史可追溯至超过一亿年前，据Kapeller估算，这一元件大约占到基因组的20%。这些序列中的大部分是已经失效的片段，但还有大约150个完整的LINE-1序列有可能通过一种在某种程度上由LINE-1自身编码的逆转录酶所驱动的复制和粘贴机制进行增殖。人类内源性逆转录病毒（human endogenous retroviruses, HERVs）是此类药物研发领域的另一个关键靶标。HERV序列虽然保留了与HIV等逆转录病毒相似的蛋白质编码基因，但它们自身一般无法产生具有复制能力的病毒颗粒。通常，LINE-1和HERV的序列会通过DNA甲基化这一机制被维持在一种休眠状态。然而，某些事件可能会触发其去甲基化，导致这些原本潜伏的病毒“觉醒”，这可能会激发强烈的免疫反应或者导致其他病理变化。比如，在某些癌症中，很多研究都发现某些HERVs重新变得活跃。“这本质上反映了肿瘤基因表达的紊乱，”丹麦Evaxion Biotech公司的首席科学官Birgitte Rønø解释道，“一旦细胞发生恶性转变，它们便开始表达那些通常被抑制的序列”。这些重新活跃的HERVs所编码的蛋白质——尤其是包膜蛋白Env——能够定位在肿瘤细胞的表面，并可能导致抗癌免疫应答。例如，2023年，伦敦Francis Crick研究所的George Kassiotis及其团队进行的研究表明，那些对肿瘤细胞表达的HERV蛋白有强烈抗体反应的肺癌患者，往往具有更好的临床治疗效果，并且更可能从免疫疗法中受益。蛋白质编码基因并不总是能够提供足够的肿瘤新生抗原以供免疫识别，这个想法促使Evaxion和总部位于哥本哈根的Hervolution Therapeutics公司利用活化的HERVs所表达的新生抗原开发抗癌免疫疗法。Evaxion使用人工智能驱动的计算方法来识别异常的“新生抗原”肽段，这些肽段只在肿瘤细胞中表达，是癌症基因组突变和失调的结果。他们的计算方法可识别可能引起剧烈T细胞反应的新生抗原，而最佳候选抗原将被纳入治疗性疫苗的设计中。今年年初，Evaxion在其工作流程中增加了一种名为OBSERV的算法，聚焦在HERV研究上。这种方法已初见成效。他们发现，在某些癌症中，激活HERV似乎能改善免疫系统的应答。Rønø说道，“我们做了大量生物信息分析，发现在突变负荷低的患者中，HERV负荷高的患者生存率更高。” Evaxion公司的临床前研究证实，HERV所产生的抗原可以引起抗肿瘤反应，Rønø说他们正在继续探索这种抗原如何提高个性化和标准化治疗疫苗的疗效。Hervolution公司的目标是通过激发抗病毒抗体和CD8杀伤性T细胞来对抗重新激活的HERV，从而双管齐下引起免疫应答。该公司团队正在探索基于病毒载体和mRNA的疫苗形式，在动物模型中观察到，当疫苗与检查点抑制剂结合使用时，会产生强大的抗肿瘤活性。公司创始人兼首席战略官Peter Holst说道，Hervolution目前正在进行新药研究申请，目标是在2025年开始临床试验。Holst指出，癌症并不是重新唤醒沉默的重复元件的唯一条件。衰老、感染、环境等多种因素都会诱发细胞应激，他将其描述为“去甲基化的关键诱因”。这种去甲基化会重新激活HERVs和其它逆转录转座子，这些元件被转录成RNA，然后在胞浆中被酶反转录成DNA，从而在受影响的细胞中敲响警钟。Kapeller认为，“胞浆DNA的毒性很强，就如同有病毒存在。然后你的身体就会做出反应，就像受到了可怕的病毒感染一样。”2018年，爱丁堡大学Yanick Crow团队对Kapeller描述的这一病理机制进行了重要论证。他们的研究对象是先天性Aicardi-Goutières syndrome患儿，这是一种极其罕见的疾病，患者的免疫系统会攻击并破坏中枢神经系统的白质。他们尤其关注被重新激活的转座子元件的作用。Transposon公司联合创始人兼首席创意总监Eckard Weber说道，“非常令人信服的临床前证据表明，这种疾病中干扰素的活化是由过度激活的LINE-1导致的。” Crow及其同事表示，一种HIV逆转录酶混合抑制剂的鸡尾酒疗法大大减少了促炎干扰素α的产生，这表明他们可以通过干扰LINE-1的复制来缓解这种免疫紊乱。Transposon和Rome公司都在使用核苷类似物药物——类似于抑制HIV逆转录酶的药物——来控制其他免疫和神经疾病的损伤，因为他们认为在这些疾病中也有类似的机制在起作用。然而，大多数艾滋病药物都不适合用来抑制LINE-1，Rome公司研究人员在2023年发表的一篇《自然》论文中说明了原因。该研究对LINE-1逆转录酶进行了详细的结构和功能分析，发现了它与HIV逆转录酶的显著差异。Transposon公司从日本生物技术公司Oncolys BioPharma获得许可的TPN-101是为数不多的交叉反应型HIV逆转录酶抑制剂之一，而Rome公司则生产了一种靶向LINE-1逆转录酶的完全新型的核苷类似物。许多自身免疫性疾病都可能涉及LINE-1的重新激活，而这正是Rome公司药物开发项目的最初研究重点。今年秋天，该公司在波士顿举行的美国风湿病学会年会上，展示了他们针对LINE-1逆转录酶抑制剂RPT-A的临床前研究结果。他们的结果表明，在Aicardi-Goutières syndrome小鼠模型中，LINE-1逆转录酶抑制剂的使用急剧降低了小鼠中LINE-1相关的器官炎症水平，此外，狼疮患者皮肤活检的一个特征也是LINE-1异常活化。Kapeller表示，Rome公司将在今年启动针对狼疮的试验，她对未来的机遇充满热情。“如果这是正确的，它就有可能成为第一种治疗自身免疫性疾病的非免疫抑制药物，”她说道，并指出其他由干扰素引发的自身免疫状况也可能有反应。Transposon公司的Weber提到，LINE-1的重新激活是神经退行性疾病的一个共同标志，包括阿尔茨海默症和PSP，这些疾病与大脑中的tau蛋白聚集体有关。有证据表明，tau蛋白的积累诱导了异染色质的开放，而异染色质原本应该抑制LINE-1元件的表达。“tau蛋白的积累使得这些元件暴露，让它们有机会表达自己的RNA，”他说，并补充道这些变化诱导了具有破坏性的炎症应答。在该公司最近完成的PSP试验中，他们发现，接受最高剂量TPN-101治疗的患者在治疗6个月后，疾病进程有所缓解，同时神经炎症生物标志物明显减少。这项研究规模很小，只有42名参与者，但Weber表示，“现在有足够的证据进行关键性试验。”肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）是另一种与“暗基因组”相关的疾病。Transposon公司已经发布了针对ALS的Ⅱ期临床试验的中期结果，Weber说他们已经看到了一些期望的结果，如抑制LINE-1可以保护患者的呼吸功能——这是关乎生存的重要预测因素。因此，HERV也可能成为ALS的一个富有成效的靶点。2021年由美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所的Avindra Nath主持的一项研究表明，用抗逆转录病毒药物抑制HERV-K有助于保护ALS患者的神经和呼吸功能，对此他们正在进行一项大型Ⅲ期临床试验。总部位于瑞士日内瓦的GeNeuro公司，研究的一个主要焦点就是HERV-K，该公司目前正与Nath合作开发一种治疗性单克隆抗体，该抗体靶向HERV-K Env蛋白，而该蛋白与ALS的神经损伤有关。GeNeuro公司在其他适应症中采用了类似的方法，结果好坏参半。尽管有大量证据表明，另一种逆转录病毒HERV-W的再活化与多发性硬化症（multiple sclerosis, MS）有关，但temelimab（一种靶向HERV-W的Env蛋白的抗体）的Ⅱ期临床试验表明其在预防MS新病变方面无效。但该公司正在寻求temelimab的其他应用机会，包括正在进行的Ⅱ期临床试验，以评估该抗体是否减轻与长期COVID相关的全身炎症。公司联合创始人兼首席科学官Hervé Perron说道，“我们在30%到40%的患者中看到这种HERV-W蛋白。” 2023年10月，Alphabet子公司Verily与GeNeuro合作，进一步探索这种联系，Perron提出这种重新激活可能也是其他感染后综合征的一个特征。而“暗基因组”也参与了衰老相关的更广泛的系统性衰退。中国科学院Guang-Hui Liu及其同事在2023年发表的一篇论文中提出了HERV-K再激活驱动衰老和衰老相关炎症的证据。值得注意的是，这个团队包括来自Altos Labs的研究人员，而Altos Labs是一家由Jeff Bezos和Yuri Milner支持的衰老研究企业，该公司最近提交了一项专利，描述了在衰老相关疾病中使用反义寡核苷酸来抑制LINE-1的用途。“他们抓住这一点并不奇怪，” Weber认为，“我想很多人现在都开始沿着这些路线思考了。”在今年的摩根大通活动中，Kapeller表示这次的反响比第一次更热烈。“每个人都知道‘暗基因组’，”她说道，“人们得到了充分的信息，也对此感到兴奋。”但该规模仍然很小——主要由初创企业主导，而不是大型制药公司——而且异常具有协作性。2022年，Rome公司主办了第一届“暗基因组”论坛，现在该系列论坛已经成为初创公司、临床医生和研究人员一年一度交流探讨的平台。“在这里我们的宗旨是：能合作则合作，必要时则竞争，”Dukes说，他的公司Enara在伦敦的Crick研究所举办了去年的会议。这种合作很重要，因为许多挑战和谜团仍然存在。例如，当致病因素是人类独有时，开发疾病模型变得困难。“小鼠和人类在‘暗基因组’中实际上是完全不同的，” Marie Classon说，她直到最近才离开位于南旧金山的辉瑞治疗创新中心（现已关闭），此前她一直在进行“暗基因组”相关的癌症研究。“有一些调节机制是相同的，但实际的‘重复组’是不一样的，”特别是组成大部分“暗基因组”的高度重复元件。她还指出，基因组分析方法在长期以来忽略了重复的基因组区域，许多组学分析流程可能需要重新调整以解释图谱上的这些空白。再者，对“暗基因组”结构和功能仍存在许多未知，这也使这一领域看起来颇具挑战性。但这也带来了机会，Kapeller相信这是值得努力的。“如果我们每次碰壁就放弃，那我们今天就不会在这里了，”她表示，“干这行，要有恒心。”
