引发丙酸血症的机制？
丙酸血症是由位于线粒体基质的丙酰 CoA 羧化酶(Propionyl-CoA Carboxylase, PCC)活性缺陷引发的。丙酰 CoA 羧化酶是丙酸代谢途径中的首个酶，可将支链氨基酸（如异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸和苏氨酸）、奇数链脂肪及胆固醇酯转化为甲基丙二酰 CoA。然后，在甲基丙二酰 CoA 异构酶的作用，甲基丙二酰 CoA 转变为琥珀酰 CoA，进入三羧酸循环。当丙酰 CoA 羧化酶活性缺乏时，丙酰 CoA 不能正常转化为甲基丙二酰 CoA，导致其在体内蓄积。由于丙酰 CoA 的积累，其代谢产物如 2-甲基柠檬酸 (2MC)、3-羟基丙酸 (3HP) 和丙酰肉碱 (C3）等也会在体内积聚。这些物质的积累会导致代谢性酸中毒，因为它们是酸性物质，会增加血液的酸性。此外，这些代谢产物的积累会抑制氨甲酰磷酸合成酶-1 的活性，影响尿素循环，使得血氨水平升高，引发高氨血症（hyperammonemia）。
丙酰 CoA 羧化酶大小为 750kDa，由六个 α (PCCA) 和六个 β (PCCB) 亚基组成。PCCA 基因编码α亚基，PCCB 基因编码β亚基。α 亚基排列为单体，装饰中央 β-6 六聚体核心。PCC 的 α 亚基包含生物素羧化酶 (BC) 和生物素羧基载体蛋白 (BCCP) 结构域。称为 BT 结构域的结构域也位于 α 亚基上。β 亚基含有羧基转移酶 (CT) 活性。在全酶内，α 亚基催化生物素羧基载体蛋白结构域携带的生物素发生 ATP 依赖性羧化，而 β 亚基则将羧基从羧化生物素转移到丙酰辅酶 A。
mRNA-3927
Moderna 团队采用 mRNA 技术开发了一款静脉注射药物 mRNA-3927 来治疗丙酸血症，这款药物由脂质纳米颗粒递送两条 mRNA 进入肝脏细胞中，分别编码 PCCA 亚基和 PCCB 亚基，在细胞质中组装为有活性的丙酰 CoA 羧化酶十二聚体，从而恢复肝脏代谢功能。
临床前数据
早在 2020 年，Moderna 团队就开始做 mRNA-3927 的早期工作，并且将相关成果发表于 Nature Communications。
他们发现与单独转染 hPCCA mRNA 或者 hPCCB mRNA 相比，在来自丙酸血症患者的成纤维细胞中共转染 hPCCA mRNA+hPCCB mRNA 可使得丙酰 CoA 羧化酶活性高出 5~24 倍，而且，当 hPCCA mRNA 与 hPCCB mRNA 比例为 1:1 时，丙酰 CoA 羧化酶活性达到最高。
在 PCCA 基因敲除小鼠中，单次静脉注射剂量为 1mg/kg 的 mRNA-3927，小鼠肝脏中 hPCCA 和 hPCCB 两种蛋白的最大含量分别为 5.4 pmol/mg 和 4.5 pmol/mg，此数值与人体内源性 hPCCA 和 hPCCB 蛋白水平类似。在肝脏中，丙酰 CoA 羧化酶活性在给药 6h 时出现明显增加，在第 2 天时达到峰值。这些数据说明，mRNA-3927 在出现危及生命的急性代谢失代偿期间，可快速恢复肝脏正常生理功能。
Carbaglu®是一款欧盟批准用于治疗丙酸血症引起的高氨血症的药物，属于尿素生成激活剂。在向丙酸血症小鼠体内注射 mRNA-3927（单次静脉注射剂量，1 mg/kg）和 Carbaglu（每天口服两次，1200 mg/kg/天）七天后，患病小鼠血清氨浓度恢复正常水平。而且，与注射 Carbaglu 相比，注射 mRNA-3927 小鼠血清和肝脏中的有害代谢产物 2-甲基柠檬酸 (2MC)出现显著降低。这说明，与 Carbaglu 不同，mRNA-3927 可使患病小鼠体内的丙酸的代谢通路恢复正常。
由于 mRNA 是瞬时表达的，因此，在基于 mRNA 技术的蛋白酶替代疗法有一个非常重要的考察因素：是否能够安全有效地进行长期给药？在为期三个月的治疗期间，每 3 周分别静脉注射 0.5 和 2 mg/kg mRNA-3927，可观察到血浆中有害代谢产物的降低与 mRNA-3927 呈现剂量依赖性，并且具有长久的可持续性。此外，长期给药的整个过程中，血清 ALT(丙氨酸氨基转移酶)、AST(天冬氨酸氨基转移酶)、血清 BUN(尿素氮)均显示正常水平，表明小鼠对于 mRNA-3927 的长期重复给药具有良好的耐受性。
临床 1/2 期数据
2019 年，Moderna 启动 mRNA-3927 的剂量优化试验，这是一项开发标签的首次临床 1/2 期试验，旨在评估 丙酸血症参与者的安全性、耐受性和药理活性（通过生物标志物测量评估），并确定 mRNA-3927 的最佳剂量。参与者将每 2 周 (Q2W) 或每 3 周 (Q3W) 或每 4 周 (Q4W) 通过静脉注射单剂量 mRNA-3927，最多 10 剂。截至 2023 年 5 月 31 日，共有 16 名参与者纳入 5 个剂量组。近日，其临床数据已发表于Nature杂志。
从安全性上来说，注射 mRNA-3927 患者在给药剂量下具有良好的耐受性，未发现剂量限制性毒性。93.8%的丙酸血症参与者（15/16）发生了治疗不良反应（TEAEs），而 56.3%的丙酸血症参与者（9/16）出现了 mRNA-3927 相关的 TEAEs。最常见的 TEAEs 包括发热（11/16；68.8%）、腹泻（8/16；50.0%）和呕吐（8/16；50.0%）。
由于 PCC 亚基在细胞内表达并运输到线粒体，因此不太可能诱导针对 mRNA 编码蛋白质的抗体反应。此外，即便出现抗 PCCA 或抗 PCCB 抗体，它们不太可能中和细胞内线粒体酶复合物，因此不会影响酶活性。在这次临床试验中国，研究人员发现第 3 剂（首次给药后 52 天）的给药前样本中的抗体滴度增加了至少四倍，然后逐渐下降并在第 12 个月时恢复到基线水平。
初步分析表明，mRNA-3927 随着注射剂量的提升，在血清中的浓度也会随之提升。在给药第三剂时，观察到疾病标志物（包括 3-HP、2-MC 等）较基线有所降低。相比给药前 12 个月内，患者发生代谢代偿事件的风险会降低 70%。
小结
这是首次基于 mRNA 技术的蛋白替代疗法在人体内的临床试验数据，初步表明多次重复注射 mRNA-3927 具有良好的耐受性，可持续降低体内的丙酸血症相关的有害代谢物，从而明显抑制改善代谢代偿事件发生概率，证实 mRNA-3927 是一款极具潜力的治愈丙酸血症的候选药物，可有效恢复丙酸代谢通路。
