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【技术】基因治疗产品非临床研究要点与案例解读
2025-07-17 11:35

基因治疗产品的核心作用机制依赖于转导至靶细胞的遗传物质通过转录或翻译过程实现治疗效果。随着基因编辑系统与载体技术的发展,该领域已从概念验证阶段快速推进至临床转化,特别是针对单基因遗传病(如脊髓性肌萎缩症、血友病等)开创了单次给药即可实现终身治愈的治疗效果。这种基于基因水平的精准干预,不仅改变了传统疗法对蛋白替代或症状缓解的局限,更是实现了疾病病理进程的根本性逆转。

美国FDA 已批准了2 款腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV) 为载体的基因治疗药品(图1)。

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图1已上市基因治疗药品


第1 款是Spark Therapeutics 公司生产的voretigene neparvovec-rzyl( 商品名Luxturna),于2017 年12 月19 日获批上市,用于治疗经证实的双等位基因RPE65 突变相关的视网膜营养不良。

第2 款是AveXis公司生产的onasemnogene abeparvovec-xioi(AVXS-101,商品名Zolgensma), 于2019 年5 月24 日获批上市,用于存活运动神经元 1 (SMN1) 基因双等位基因突变的2 岁以下脊髓性肌萎缩症 (SMA) 患者。

本文回顾和梳理了基因治疗产品相关非临床研究技术指导原则[1-2]及已上市的2款基因治疗产品[3-4]所开展的非临床研究,分别从药理学、药代动力学和毒理学等方面对基因治疗产品非临床评价的关注要点进行分析和探讨。


一、药理学研究

基因治疗产品药理学研究是为了在体内、体外研究产品与治疗靶点相关的作用机制和效应,明确基因治疗产品的生物学作用特点。主要包括体外机制验证、动物体内疗效评估和安全药理学研究。安全药理学研究通常在毒理学研究中对动物进行相关指标的检测,不需要单独进行研究。体外机制验证时需关注治疗基因的作用、表达产物的活性、特定细胞功能的恢复和作用机制的初步验证。

  • 体内疗效评估需关注疾病动物模型的选择、导入基因的体内表达及功能活性相关的生物标志物等。

  • 安全药理学研究(涵盖载体、导入基因及其表达产物的潜在影响)通常需评估对中枢神经系统、心血管系统和呼吸系统的效应。其研究必要性需基于风险评价策略,结合导入基因的作用机制、载体类型、生物分布特征、给药途径以及临床给药方案等综合判断。实际应用中,若现有数据足以支持安全性评估,可基于科学依据豁免安全药理学研究。在上述批准的两款基因治疗产品中,Zolgensma基于产品特性、毒理学研究结果和目标患者群体分析结果,评估后未开展安全药理研究。Luxturna基于视网膜下注射给药途径,载体(AAV2)局限于眼部组织,全身分布中载体DNA浓度低于检测限结果,评估后未开展安全药理研究。

已上市基因治疗产品药理学研究内容(见表1)

表1已上市基因治疗产品药理研究内容

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二、药代动力学研究

基因治疗产品的药代动力学研究需重点评估暴露量、生物分布及脱落风险。药代动力学研究通常选择在概念验证试验和/或毒理学试验中伴随进行。

  • 暴露量分析应结合载体类型、给药途径及靶向性特征,综合评价其在非临床研究(药理学、药代动力学、毒理学)中的实际暴露情况。

  • 生物分布研究需明确受试物、载体和基因表达产物在靶组织、非靶组织中的分布、存续及清除特征。

  • 脱落研究需评估基因治疗产品通过排泄物、分泌物或皮肤破损处排出的可能性,特别是复制型产品的感染风险,评估开展脱落分析的必要性。Luxturna和Zolgensma基于采用非复制型病毒载体、靶向性分布和载体环境稳定性差等因素,评估后未开展脱落研究。

已上市基因治疗产品药代动力学研究内容(见表2)。

表2已上市基因治疗产品药理研究内容

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三、毒理学研究

基因治疗产品的非临床毒理学评价需综合评估载体、基因产物及递送系统的安全性,试验设计应基于产品特性(基因结构、表达产物、载体特性、动物模型)和临床应用(适应症、给药方式),遵循临床相关给药途径、合理剂量及试验设计原则,必要时扩展检测项目。

一般毒理学:需开展单次/重复给药毒性试验,明确最大耐受剂量(MTD)和未观察到不良反应剂量(NOAEL),关注毒性特征、剂量-反应关系及可逆性,试验设计需结合临床给药途径、剂量范围及生物分布特征。Zolgensma其拟定的给药方案为单次静脉注射,因此未进行重复给药毒性研究。

免疫原性与免疫毒性:基因治疗产品可能导致先天性免疫反应和适应性免疫反应,受宿主(预存免疫、免疫状态)、递送方式、载体特性(如病毒载体)及基因产物(包括异位/非预期蛋白)影响,需重点评估非人源组分、载体、基因编辑产生的非预期的肽/蛋白质等,通常选择在毒理学试验中伴随进行。Zolgensma根据产品特性、毒理学研究结果和目标患者群体分析,未进行免疫原性及免疫毒性研究。

生殖毒性:需根据受试物的产品类型、作用机制、一般毒理发现、生物分布特征以及患者人群评估生殖/发育风险,分析生殖系统整合可能性。Zolgensma因为目标患者群体性发育不成熟,分布结果显示AAV载体DNA水平和转导基因表达水平在生殖器官中都相对较低,评估后未进行生殖毒性研究。Luxturna分布结果显示给药后在生殖器官中未检测到药物存在,评估后未进行生殖毒性研究。

遗传毒性:基因治疗产品通常不需要进行标准的遗传毒性组合试验,但应根据基因治疗产品的特点、产品的具体适应症、载体的已有信息、导入基因序列结构等,评估基因治疗产品整合进基因组的可能性。由于已发表文献中表明rAAV载体随机整合频率低,且在已进行的研究中表明载体系统暴露有限或缺乏遗传毒性,Luxturna和Zolgensma评估后未进行遗传毒性研究。

致癌性:采用证据权重(WoE)方法评估风险,重点关注导入基因产物(如生长因子)的致癌潜力、插入突变风险及组织病理学异常(如癌前病变)。因为非临床研究中没有导致异常细胞增殖及异常组织病理改变,Luxturna和Zolgensma评估后未进行致癌性/致瘤性研究。

局部耐受性:根据给药途径(如眼内、肌肉注射)评估局部炎症、纤维化等反应,可整合至一般毒理学试验中进行。

已上市基因治疗产品毒理学研究内容(见表3)。

表3已上市基因治疗产品毒理学研究内容

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四、总结

综上所述,基因治疗产品的研发需遵循创新药物开发的核心逻辑,分阶段进行。鉴于其技术特殊性(如载体多样性、基因编辑复杂性及靶向调控的不确定性),非临床评价应基于“具体问题具体分析”原则,结合产品作用机制、载体特性(如AAV与慢病毒递送差异)、基因修饰方式(如CRISPR与传统基因替代)及适应症特征(如单基因遗传病与肿瘤免疫治疗),建立多维评价策略。


参考文献  

[1] CDE. 基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则(试行). 2021

[2] FDA. Human Gene Therapy Products Incorporating Human Genome Editing Guidance for Industry. 2024

[3] FDA. Zolgensma. https://www. Fda. gov/vaccines-blood-biologics/zolgensma.

[4] FDA. Luxturna. https://www. Fda. gov/vaccines-blood-biologics/cellular-gene-therapy- products/luxturna.

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