只有18個月大的先天失聰嬰兒，在接受了短短16分鐘的基因治療手術后，逐漸恢復了聽力，得以重新聆聽世界，回應父母的溫柔呼喚。她是全球首位接受基因療法且獲得積極效果的最年幼患者。
今年以來，全球多個研究團隊在基因療法治療先天性耳聾領域取得亮眼的突破，這預示著全新失聰療法時代的到來。
撰文 | 小葉
來自英國牛津郡的奧帕爾·桑迪（Opal Sandy）只有18個月大，但出生時就確診罹患一種罕見的遺傳性疾病——聽覺神經病變，導致她先天失聰。她還有一個5歲的姐姐，也患有同樣的聽力障礙，如今佩戴人工耳蝸，已經很好地適應機器輔助下的日常生活。同時，也意味著奧帕爾終生也需要人工耳蝸相伴。[1]
然而，試驗性的基因療法為她打開了通往正常生活的大門，她參加了劍橋大學醫學院附屬阿登布魯克醫院（Addenbrooke's Hospital）展開的CHORD臨床試驗，成為了在英國、美國以及西班牙招募的受試者一員。
在短短16分鐘的突破性手術過程中，奧帕爾處于全麻狀態，她的右耳部被注射入包含有正常拷貝基因的試劑，同時在左耳植入了人工耳蝸。
術后幾周內，臨床醫生注意到在關閉左耳人工耳蝸的情況下，奧帕爾能對聲音做出反應，而且隨著時間的推移，她的聽力持續改善。終于，手術后24周，醫生確認她接受基因療法的右耳能夠聽到輕柔的聲音，如低語聲，說明她的聽力已經接近正常水平。如今，奧帕爾不僅能聽到父母的呼喚，自己還能說出諸如“爸爸”、“再見”之類的簡單詞語。[2]
左圖：接受手術的奧帕爾；右圖：基因試劑注射過程
奧帕爾的母親欣喜不已：“當奧帕爾第一次不用人工耳蝸就聽到我們在鼓掌時，我們都震驚不已，6個月后臨床醫生團隊確認她已經‘接近正常聽力’，大家都非常激動。”
而CHORD臨床試驗的首席研究員、耳科醫生馬諾哈爾·班斯（Manohar Bance）教授表示，初步結果超出團隊預期，這一前沿性基因療法有可能治愈這種類型的聽力障礙患者。“我們已經展開了數十年的研究，這一次終于在人類身上看到了真正讓患者受益的效果。”班斯教授補充道。[3]
奧帕爾是全球首位接受基因療法且獲得積極效果的最年幼患者，這項試驗不僅標志著基因療法成功的開始，也預示著全新失聰療法時代的到來。
基因缺陷導致先天性耳聾
聽力損失是人類中最常見的感官障礙癥。根據世界衛生組織統計，全球約有4.32億成年人和3400萬名兒童患有致殘性聽力障礙。盡管導致聽力損失的致病原因可能相當多樣化，但遺傳突變導致的先天性耳聾患者占據了其中70%至75%。先天失聰不僅讓兒童從出生之日起便無緣聽到世界上的各種美妙聲音，也嚴重阻礙了兒童言語、認知以及智力的發育。[4]
奧帕爾罹患的聽覺神經病變由OTOF基因的致病突變所引起，也稱為常染色體隱性遺傳性耳聾（DFNB9）。OTOF基因編碼otoferlin蛋白質，主要參與耳蝸內毛細胞突觸囊泡釋放神經遞質，使得耳朵內的內毛細胞像刷子一樣突起彎曲，從而讓大腦接受到聲音信號。而內毛細胞中耳畸蛋白表達的缺失會導致毛細胞損傷，聲音刺激信號因此無法正常傳遞至聽覺神經通路，引起耳聾。據統計，全球約有20萬人出生時攜帶兩個有缺陷的基因拷貝，導致先天失聰。[5]
目前臨床上相關治療藥物非常稀少，而改善這種聽力損失的唯一選擇是助聽器或人工耳蝸，這些方法相當有益，但也有明顯的缺點：無法恢復自然聲音感知的重要特征，如在嘈雜環境中的時間處理和頻率調諧，往往導致語音識別效果不佳。
隨著醫學專家從遺傳學角度不斷深入對致聾基因的了解，基因療法成為解決聽力損失問題的潛在有效方法之一。與此同時，全球專業團隊也在積極探索其他替代性療法，如干細胞和其他分子策略等。
基因療法有其獨特優勢
基因治療旨在替換、抑制或者編輯有缺陷的基因以治療疾病，由三個主要部分組成：遺傳物質、用于基因傳遞的載體和基因編輯工具。
早在1989年，美國國立衛生研究院就進行了第一次成功的人類細胞核基因轉移實驗。然而，由于技術尚未成熟，之后出現越來越多的失敗甚至死亡事件，讓基因療法一度停止。直到2006年，基因治療在實驗和臨床兩方面不斷取得進展，該領域又恢復了研究活力。如今，醫學專家在腫瘤治療、心血管疾病、傳染性疾病、神經退行性疾病以及遺傳性疾病多個方面，積極探索基因治療的可能方案。[6]
具體到治療遺傳性耳聾，基因療法有其獨特優勢。首先，耳朵內部的耳蝸在解剖結構上保持獨立。此外，血-迷路屏障的存在可防止異常物質進入內耳淋巴液，將其與全身血液循環隔離開來。這些獨特特性雖然給內耳藥物遞送技術帶來了不小挑戰，但卻成為了基因治療的理想靶點，因為能有效減少潛在的非靶向系統傳播風險。其次，治療載體可以直接輸送到耳蝸液體中，可輕松擴散，直達目標細胞類型。因此，在各種基因治療方法中，使用正常基因拷貝來替換患者體內有缺陷的基因已被廣泛用于臨床治療單個基因性聽力喪失，包括前文提及的DFNB9。[4]
劍橋大學醫院的CHORD試驗于2023年5月正式開始。研究人員以改性的無毒腺相關病毒（AAV）作為載體，將OTOF基因的有效拷貝添加入其中制成注射針劑，隨后通過輸液管將混合物質注射入耳蝸，讓有效基因拷貝替換掉患者原本的缺陷基因，從而修復受損的內毛細胞，讓它們重新發揮作用，將聲音刺激傳遞至聽覺神經通路，讓失聰兒童恢復聽力。
CHORD試驗項目采用的基因療法圖示，來源：BBC Research[1]
由于OTOF基因突變導致的聽力損失通常到兒童兩三歲時才會被發現，因此CHORD試驗團隊希望能夠在更年幼的失聰兒童身上使用基因療法。班斯表示：“我們越早恢復聽力，對失聰兒童越好，因為大腦在大概三歲之后就開始關閉語言相關的可塑性和適應能力了。”[1]一旦錯過最佳治療時機，兒童年齡越大，即使能恢復聽力，要開口說話的難度仍然很大。
完整的CHORD試驗分為三個階段，第一階段的患者包括奧帕爾在內，只在一只耳朵內接受低劑量治療。第二階段則預計使用更高劑量的基因療法，但仍僅限在一只耳朵內進行，這是為了確保起始劑量安全性。在驗證了前兩個階段療法的安全性和有效性之后，到第三階段，研究人員會招募更多兒童，在兩只耳朵中同時展開基因療法，計劃總共在全球招募18名兒童參與這一前沿試驗。療程結束后，研究人員會展開為期5年的隨訪，以跟蹤、了解患者長期適應以及語言理解的情況。[2]
今年以來，多項研究獲突破
早在2022年底，DFNB9已獲得了三項單獨的基因治療臨床試驗批準：由Sensorion開發的OTOF-GT，由Decibel Therapeutics開發的DB-OTO和由Akouos開發的AK-OTOF。到了2023年更多的試驗項目展開，包括CHORD臨床試驗。在每年一度的聽力研究協會年會上，各國公司和學術機構的研究團隊都會報告各自基因療法試驗進展。[4]
今年以來，好消息頻頻傳出，媒體先后報道了一些基因療法成功案例。1月，《科學》和《自然》[7, 8]都曾報道美國禮來公司及其合作伙伴Akouos公司的報告，在費城臨床實驗中接受基因治療的11歲摩洛哥男孩，治療后的1個月內可以聽到一些頻率的聲音，就和正常人一樣。但他仍然無法開口說話。
同月，復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院領銜、與哈佛醫學院研究人員合作的聯合團隊在《柳葉刀》（The Lancet）上，也發表了全球首個遺傳性耳聾基因治療的臨床試驗研究成果[9]。我國每年新生約3萬聾兒，其中60%與遺傳因素也就是基因缺陷相關。而復旦大學團隊在耳鼻喉科研究院院長、科主任李華偉教授帶領下，從2022年10月正式發起臨床試驗招募。之后，從大齡兒童到小齡兒童，陸續納入多例患者完成基因治療。
團隊使用的也是AVV遞送載體，不過因為OTOF基因超出了單個AAV的裝載容量，為了克服大基因在內耳的遞送問題，科研人員創新開發出雙載體遞送系統，將基因一分為二，每一個載體各封裝一半的基因，隨后將其注射入患者耳蝸中。雖然病毒會將各自的基因插入到細胞DNA的不同位置，當每一半基因表達時，細胞機制會將其合二為一，組裝出完整的蛋白質，恢復細胞向大腦傳遞聽覺信號的能力。[10]
該臨床試驗共有6名OTOF突變耳聾患兒接受了基因治療。治療后的隨訪期間，患者展示出良好的安全性和耐受性，最終有5名患者的聽力和言語功能得到明顯恢復。目前最長的患者隨訪時間已達1年以上，患兒已經可以進行日常對話。[5]
希望與問題并存
近期的成功案例令人振奮，學界專家也大加贊譽，特拉維夫大學的遺傳學家卡倫·阿夫拉罕（Karen Avraham）表示：“這是巨大突破。”哥倫比亞大學的耳鼻喉科醫生和基因治療學家勞倫斯·盧斯蒂格（Lawrence Lustig）的實驗室最先在小鼠中測試了相同的方法，他也同意：“除了人工耳蝸，我們實際上還沒有任何成功的治療失聰的方法。”
不過，冷靜的科學家們也向《科學》[7]提出了一些潛在問題。
首先，治療效果、言語改善能持續多久？
前面提及的三個試驗團隊都表示，接受治療的兒童能夠在沒有輔助設備的情況下聽到聲音，而且感知到的聲音質量比人工耳蝸更自然，可進一步改善聽力。但盧斯蒂格仍謹慎道：“我們也許要等到這些孩子們長大之后，才能真正理解他們的語言理解能力得到多大程度的改善。”
此外，耳朵的毛細胞不會分裂，所以它們接受的OTOF基因有效拷貝應該會持續存在，指導細胞生成otoferlin蛋白質。但科學家仍然需要更多數據來確定改善情況能夠持續多久。阿夫拉罕表示，基因表達能力可能會隨著時間的推移而減弱，或者耳朵可能會產生免疫反應而關閉外來基因的表達。
其次，還有哪些聽力障礙可能通過基因療法得到治療？
先前研究已表明，有可能導致失聰的基因突變超過100個，因此存在其他潛在的基因治療靶點。但這些治療需要時間來開發。以GJB2基因缺陷為例，這種缺陷在某些人群中占據30%的遺傳性失聰總病例。GJB2基因編碼連接蛋白26，這些蛋白質會釋放鉀，協助耳蝸中的各細胞類型進行交流。
但是，針對GJB2基因的療法頗具挑戰，因為AAV載體尚無法將所需基因可靠地添加入靶向的細胞類型中，如果將連接蛋白26添加到不需要它的細胞中，就像給后者“打了個洞”，例如毛細胞或神經元，反而會引起問題。
最后，對于沒有毛細胞可修復的聾啞兒童或成年人該怎么辦？
十年前，諾華制藥的團隊嘗試使用基因療法來治療由于接觸噪音或毒素導致聽力嚴重喪失的成年人，促使其毛細胞再生。具體思路是讓AAV載體將基因地送到相鄰的耳蝸細胞中，基因所表達的蛋白質誘導其他基因表達，將鄰近細胞轉變為毛細胞。然而，這種療法沒有發揮預期作用，一個可能的原因是成年人耳朵內能支持修復的細胞太少了。刺激毛細胞再生可能比想象的更復雜，要實現非常具有挑戰性。
醫學的進一步讓科學家掌握更多的創新技術以攻克遺傳性疾病，正如英國國家聾啞兒童協會的高級政策顧問馬丁·麥克林（Martin McLean）所說，失聰不應成為人們幸福生活的障礙，“許多家庭樂于擁抱基因療法，我們同時也期待了解兒童接受治療后的長期結果。”
參考文獻
[1] https://www.bbc.com/news/health-68921561
[2] https://www.cuh.nhs.uk/news/baby-born-deaf-can-hear-after-breakthrough-gene-therapy/
[3] https://www.theguardian.com/science/article/2024/may/09/uk-toddler-has-hearing-restored-in-world-first-gene-therapy-trial
[4] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.230644
[5] https://news.fudan.edu.cn/2024/0125/c4a139131/page.htm
[6] https://stcsm.sh.gov.cn/cxyj/jsyj/shxjcg/20230606/3ffa97adeb13444a9031e17a6b80c092.html
[7] https://www.science.org/content/article/gene-therapies-let-deaf-children-hear-bring-hope-and-many-questions
[8] https://www.nature.com/articles/d43978-024-00032-3
[9] https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(23)02874-X/fulltext
[10] https://hms.harvard.edu/news/experimental-gene-therapy-enables-hearing-five-children-born-deaf
出品：科普中國
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