てんかんの遺伝子治療

遺伝子治療は、いくつかのてんかんに対して研究されています。^[1]遺伝子治療では、てんかんの発症を予防したり、発作の頻度や重症度を軽減したりするために、ウイルスまたは非ウイルスベクターを使用して、発作が発生する脳の標的領域にDNAまたはRNAを送達します。遺伝子治療は、パーキンソン病などの他の神経疾患の初期段階の臨床試験で有望な結果をもたらしており、^[2]難治性てんかんの治療薬になるという期待が高まっています。

てんかんは、発作を特徴とする慢性神経疾患のグループを指し、5000万人以上、つまり世界人口の0.4～1％に影響を与えています。^{[3] [4]}てんかんの病態生理学、特に脳の特定の領域からの発作の発症を特徴とする形態（部分発症てんかん）については基本的な理解があります。ほとんどの患者は薬物療法に反応しますが、約20％～30％は抗てんかん薬で改善しないか、抗てんかん薬に耐えられません。^{[5] [6]}このような患者には、少数ではありますが、てんかん原性領域を除去する手術を行うことができますが、発作が言語、視覚、運動、またはその他の機能に不可欠な脳領域から発生する場合は実行不可能です。その結果、てんかん患者の多くは治療の選択肢がなく、てんかんを治療するための革新的な方法の開発が強く求められています。^[要出典]

ウイルスベクター遺伝子導入を利用して、てんかん発作部位にDNAまたはRNAを送達することで、いくつかの神経ペプチド、イオンチャネル、神経伝達物質受容体がてんかん治療用の遺伝子導入としての可能性を示しています。ベクターにはアデノウイルスベクターとアデノ随伴ウイルスベクター（AAV）があり、これらは、高度で効率的な形質導入、大量生産の容易さ、幅広い宿主、および遺伝子発現の拡張などの特性を備えています。^[7] レンチウイルスベクターも有望です。

遺伝子治療の臨床応用における課題としては、ウイルスベクターやトランスジーンに対する免疫反応の可能性や、患者の安全に悪影響を及ぼす可能性のある挿入変異の可能性などがある。 ^[8]動物実験に必要な量から効果的なヒトへのトランスフェクションに必要な量にスケールアップすることは困難な領域であるが、他の疾患では克服されている。20 nm未満のサイズを持つAAVは、これらの問題を部分的に解決し、細胞外空間を通過して広範囲にトランスフェクションすることを可能にする。レンチベクターは宿主のゲノムに組み込むことができるが、成人のニューロンは分裂しないため挿入変異を起こしにくいため、神経疾患の治療にはリスクをもたらさない可能性がある^[要出典]

てんかんを治療する方法を見つけるには、てんかんの病態生理学を考慮する必要があります。てんかんの特徴である発作は、通常、興奮性ニューロンの過剰かつ同期した放電によって生じるため、遺伝子治療の論理的な目標は、興奮を軽減するか、抑制を強化することです。ウイルスによるアプローチのうち、研究されている神経ペプチドトランスジーンは、ソマトスタチン、ガラニン、および神経ペプチド Y (NPY) です。ただし、アデノシンおよびガンマアミノ酪酸 (GABA) と GABA 受容体も勢いを増しています。研究されている他のトランスジーンには、カリウムチャネルと、オンデマンドの興奮性抑制ツール (オプトジェネティクスとケモジェネティクス) があります。^{[引用が必要]}

アデノシンは、脳機能の調節を助ける神経調節物質としても機能する阻害性ヌクレオシドです。神経保護作用と抗てんかん作用に加えて、抗炎症作用もあります。 ^[6]最も一般的な理論は、脳損傷時にアデノシンキナーゼ（ADK）の発現が増加するというものです。アデノシンキナーゼの増加は、アデノシンヌクレオシドの代謝率の増加をもたらします。抗てんかん作用を持つこれらのヌクレオシドの減少とADKの過剰発現により、発作が誘発され、てんかん原性の発症につながる可能性があります。^[7] 研究では、ADKの過剰発現は脳損傷後のアストログリオーシスに起因し、てんかん原性の発症につながる可能性があることが示されています。ADKの過剰発現は発作に対する感受性の増加につながりますが、その影響はアデノシンによって打ち消され、緩和することができます。^{[9]アデノシンは発作を予防する特性があり、}頻脈や慢性疼痛などの他の病気の治療薬としてFDAの承認を受けていることから、抗てんかん遺伝子治療の開発に理想的なターゲットとなっています。^[10]

ガラニンは、主に中枢神経系（大脳辺縁系、梨状皮質、扁桃体）に存在し、長期増強（LTP）の減少、消費習慣の調節、および発作活動の抑制に役割を果たしています。^[11] 1990年代にMazaratiらによって導入されたガラニンは、神経保護特性と神経抑制特性を持つことが示されています。GalR1受容体を欠損したマウスを使用したピクロトキシン誘発モデルにより、ガラニンが門脈細胞の損失を調節および防止し、誘発性発作の持続時間を短縮する役割を果たすことが示されました。^[12]実施された研究により、門脈有毛細胞の損失防止、誘発性発作の回数と持続時間の減少、発作誘発に必要な刺激閾値の上昇、および発作活動に対する感受性を高めるグルタミン酸の放出の抑制というこれらの発見が確認されています。^{[6] [11] [13]}ガラニンの発現は、発作活動を大幅に緩和および軽減し、発作細胞死を制限するために利用することができます。^[11]

自律神経系に存在する神経ペプチドY （NPY）は、視床下部を調節し、それによって消費習慣を調整するのに役立つ。^[6]誘発発作の前後の動物モデルに対するNPYの効果を決定するための実験が実施された。^{[6] [14]発作前の効果を評価するために、ある研究では}キンドリングの8週間前にベクターを挿入し、発作閾値の上昇を示した。てんかん発生後の効果を評価するために、発作が誘発された後のラットの海馬にベクターを注入した。これにより、発作活動が減少した。これらの研究により、NPYはラットの発作閾値を上昇させ、病気の進行を止め、発作持続時間を短縮することが判明した。^{[6] [14]}行動および生理学的反応に対するNPYの効果を調べたところ、LTP、学習、または記憶には影響がないことが判明した。^[14] NPY遺伝子導入のプロトコルはFDAによって審査中である。^[13]

ソマトスタチンは、ホルモンの調節や睡眠および運動活動の補助に役割を果たす神経ペプチドおよび神経調節物質である。主に局所レベルで錐体細胞の発火率を調節する介在ニューロンに存在し、錐体細胞をフィードフォワードで抑制する。ソマトスタチンをげっ歯類のキンドリングモデルで発現させた一連の研究では、ソマトスタチンが発作の平均持続時間を短縮させ、抗てんかん薬としての可能性を高めるという結論に達した。^[15]ソマトスタチンを利用する理論は、錐体細胞が除去されると、フィードフォワード、つまり抑制が失われるというものである。ソマトスタチンを含む介在ニューロンは神経伝達物質 GABA を運び、これが主に細胞を過分極させるが、これがフィードフォワード理論の由来である。遺伝子治療の期待は、特定の細胞でソマトスタチンを過剰発現させ、GABA作動性の緊張を高めることで、抑制と興奮のバランスを回復できる可能性があるということです。^{[6] [14]}

Kv1.1 は、 KCNA1遺伝子によってコードされる電位依存性カリウムチャネルです。脳と末梢神経に広く発現しており、ニューロンの興奮性と軸索末端から放出される神経伝達物質の量を制御する役割を果たしています。KCNA1のレンチウイルス送達を使用した遺伝子治療の成功は、局所運動皮質てんかんのげっ歯類モデルで報告されています。^[16]この治療は忍容性が高く、感覚運動協調への影響は検出されませんでした。挿入変異のリスクを回避する非統合型レンチベクターまたはAAVを使用して送達された改変カリウムチャネルによる遺伝子治療は、他のてんかんモデルでも有効であることが示されています。^[17]

遺伝子治療の臨床応用における潜在的な障害は、ウイルスベクターを介したニューロンの遺伝子構成の操作が不可逆的であることだ。代替アプローチは、ニューロンおよび回路の興奮性をオンデマンドで抑制するツールを使用することである。そのような最初のアプローチは、オプトジェネティクスの使用であった。いくつかの研究室は、抑制性光感受性タンパク質ハロロドプシンが、 in vitro で発作様放電を抑制し、in vivo でてんかん活動を抑制できることを示した。^{[18] [19] [20] [21]}オプトジェネティクスの欠点は、オプシンを発現する脳の領域に光を当てる必要があることである。これはレーザー結合光ファイバーまたは発光ダイオードで実現できるが、これらは侵襲的である。^[要出典]

脳への光の照射を必要とせず、回路の興奮性をオンデマンドで制御する別のアプローチとして、化学遺伝学を使用する方法がある。これは、発作焦点に変異受容体を発現させることに依存しており、この受容体は内因性神経伝達物質には反応しないが、外因性薬物によって活性化することができる。このように変異したGタンパク質共役受容体は、デザイナードラッグによってのみ活性化されるデザイナー受容体（DREADD）と呼ばれる。M4ムスカリン受容体に由来する阻害性DREADD hM4D(Gi)を使用したてんかん治療の成功が報告されている。 ^[22]げっ歯類の焦点性てんかんモデルにおけるAAV媒介hM4D(Gi)の発現はそれ自体では効果がなかったが、薬物クロザピンN-オキシドによって活性化されると発作を抑制した。この治療には検出可能な副作用はなく、原則として臨床応用に適している。オランザピンはhM4D(Gi)の完全かつ強力な活性化剤として同定されている。^{[23]外因性リガンドを必要とせず、発作を止めるための化学遺伝学の「閉ループ」変種は、興奮性}神経伝達物質グルタミン酸の細胞外濃度が上昇するたびにニューロンを抑制するグルタミン酸依存性塩素チャネルに依存している。^[24]

ドラベ症候群のマウスモデルは、ガイドRNAとデッドCas9（dCas9 ）タンパク質に依存して、介在ニューロンのナトリウムチャネル遺伝子Scn1aのプロモーター領域に転写活性化因子をリクルートするCRISPRの変異体を使用して治療されました。^[25]

マグネトフェクションは、ポリエチレンイミンでコーティングされた超常磁性酸化鉄ナノ粒子を使用して行われます。酸化鉄ナノ粒子は、生分解性、カチオン性、無毒性、FDA承認の性質により、体内での生物医学的用途に最適です。遺伝子導入条件下では、目的の受容体がナノ粒子でコーティングされます。受容体はその後、目的のターゲットに誘導され、移動します。粒子がドッキングすると、DNAはピノサイトーシスまたはエンドサイトーシスによって細胞に送達されます。送達されると、温度がわずかに上昇し、酸化鉄ナノ粒子が溶解してDNAが放出されます。全体として、この技術は、標的領域でのベクターの蓄積が遅いことやベクター濃度が低いことに対抗するのに役立ちます。この技術は、酸化鉄ナノ粒子の特性を変更することで、受容体の物理的および生化学的特性に合わせてカスタマイズすることもできます。^{[26] [27]}

てんかんなどの神経疾患の治療における遺伝子治療の使用は、ソマトスタチン、ガラニン、神経ペプチド、カリウムチャネル、光遺伝学、てんかんに対する化学遺伝学を主なターゲットとして、進行中の研究のますます実現可能な領域として現れてきました。遺伝子治療の分野は成長を続けており、てんかんなどの疾患の治療に有望な結果を示していますが、患者の安全を確保し、DNA送達の代替方法を開発し、送達量を拡大するための実行可能な方法を見つけるための追加の研究を行う必要があります。^{[28] [29]}