Thérapie génique pour les troubles non héréditaires

Il y a eu de nombreuses avancées dans l’identification des mécanismes impliqués dans les dommages chroniques des organes qui ont ouvert des voies pour les études de thérapie génique . Alors qu’une pléthore d’études précliniques et cliniques au cours des dernières décennies se sont concentrées sur le développement de la thérapie génique pour les troubles héréditaires, malgré plusieurs études précliniques sur des modèles animaux, il n’y a eu que quelques essais cliniques qui ont été entrepris pour étudier l’efficacité thérapeutique de la thérapie génique pour les maladies non héréditaires. Une étude récente montre que l’expression de la télomérase à l’aide de vecteurs AAV9 exerce des effets thérapeutiques dans un modèle murin de fibrose pulmonaire . Cette thérapie visait la fibrose pulmonaire idiopathique. Il est connu que les télomères agissent comme des structures protectrices aux extrémités des chromosomes et il a été démontré que la présence de télomères courts est l’une des causes du développement de maladies. Dans cette affection, les télomères deviennent trop courts, ce qui entraîne l’arrêt de la division cellulaire et, par conséquent, l’apoptose des cellules. La télomérase est une enzyme qui peut restructurer la longueur des télomères. Povedano et ses collègues ont mis au point un traitement utilisant l’AAV de sérotype 9 pour délivrer la télomérase afin de corriger les télomères courts. Comme l’AAV9 cible de préférence les cellules alvéolaires régénératrices de type II (ATII), les souris traitées par l’AAV9-Tert présentent une meilleure fonction pulmonaire avec une inflammation et une fibrose réduites 1 à 3 semaines après le traitement par vecteur. Il est intéressant de noter que la fibrose pulmonaire s’est améliorée ou a disparu après 8 semaines de thérapie génique. Le traitement par AAV9-Tert conduit à des télomères plus longs et à une prolifération accrue des cellules ATII, ainsi qu’à une diminution des dommages à l’ADN, de l’apoptose et de la sénescence.

La thérapie génique cardiaque dérivée du vecteur AAV apparaît comme une plateforme entièrement nouvelle pour traiter les troubles cardiaques . La thérapie génique AAV pour l’insuffisance cardiaque a été validée dans des études précliniques utilisant des modèles animaux, et la grande majorité de ces approches ont été entreprises pour améliorer la manipulation du calcium par les cardiomyocytes. La protéine thérapeutique utilisée dans la majorité de ces études était la calcium ATPase sarcoplasmatique (SERCA2a). Sur la base des résultats précliniques positifs, le premier essai clinique (essai CUPID : calcium upregulation by percutaneous administration of gene vector in cardiac disease, NCT02346422) a été réalisé pour délivrer SERCA2a à l’aide d’un vecteur AAV de sérotype 1 pour traiter des patients souffrant d’insuffisance cardiaque avancée. Les résultats de cet essai de phase 1 ont été concluants, sans aucun effet indésirable, et l’étude est passée à la phase 2a, donnant des résultats prometteurs avec un taux d’effets indésirables très faible. Cependant, les résultats de l’essai clinique de phase 2b (essai CUPID2b, NCT01643330) utilisant le même vecteur ont été décevants, aucun changement significatif n’ayant été observé entre le groupe traité et le groupe placebo. Cela a conduit à l’arrêt du recrutement de patients pour deux essais supplémentaires utilisant AAV1.SERCA2a. Il est intéressant de noter que deux nouveaux essais à venir visent à administrer S100A1 avec un vecteur AAV9 et une forme constitutivement active des inhibiteurs de la protéine phosphatase 1, I1c, avec une capside chimérique avec les sérotypes AAV2 et AAV8. En outre, AAV1, AAV6 et AAV9 sont apparus comme les sérotypes d’AAV les plus prometteurs pour le transfert de gènes cardiaques, ce qui permet d’espérer des approches de thérapie génique réussies pour traiter l’insuffisance cardiaque à l’avenir.

Des approches de thérapie génique médiée par AAV pour traiter la douleur neuropathique chez les rongeurs ont également été rapportées . Fischer et ses collègues ont montré que l’administration de rAAV exprimant le gène CBD3 (Ca2+ channel-binding domain 3) réduisait significativement le comportement douloureux tel que l’hyperalgésie après le toucher avec une épingle ou la sensibilité à la stimulation à l’acétone dans des modèles animaux de douleur inflammatoire et neuropathique . Une autre étude utilisant un vecteur AAV9 codant pour un ARN en épingle à cheveux court (ARNsh) contre le récepteur vanilloïde 1 (TRPV1), qui est un gène cible important pour la douleur aiguë, a démontré que la thérapie atténuait l’allodynie thermique induite par une lésion nerveuse (réponse accrue des neurones) 10 à 28 jours après le traitement dans un modèle de souris présentant une lésion nerveuse épargnée (SNI). Ces résultats fournissent des preuves positives pour encourager les chercheurs en thérapie génique à développer des traitements à base de vecteurs AAV pour les patients souffrant de douleurs neuropathiques chroniques/diabétiques.

Des progrès considérables ont été réalisés dans l’approche de thérapie génique pour traiter la fibrose hépatique chronique. Bien que les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA) ou les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine (ARA) soient largement utilisés comme traitements chez les patients souffrant d’hypertension, ils ont été testés chez des patients atteints de maladie hépatique chronique ; cependant, les résultats n’étaient pas convaincants, principalement parce qu’ils produisent des effets secondaires systémiques indésirables . En raison de l’absence de traitements médicaux, la transplantation hépatique est inévitablement devenue la seule option pour les patients atteints d’une maladie hépatique en phase terminale, résultant d’une fibrose hépatique chronique et/ou d’une cirrhose. De plus, l’incidence croissante des maladies chroniques du foie, le manque d’organes de donneurs, les complications post-transplantation et le coût élevé de la transplantation hépatique signifient qu’il existe un besoin majeur de découvrir et de formuler de nouvelles thérapies spécifiques, efficaces, sûres et peu coûteuses pour la fibrose/cirrhose hépatique.

Une approche possible pour contourner cela est de développer des stratégies antifibrotiques ciblées sur les organes. Des études menées par notre laboratoire ont suggéré qu’une cible possible était l' » axe alternatif  » du système rénine-angiotensine (SRA), comprenant son enzyme clé, l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ECA2), qui décompose le puissant octapeptide profibrotique, l’angiotensine II (Ang II), en un heptapeptide antifibrotique, l’angiotensine-(1-7) (Ang-(1-7)). Des études expérimentales sur des animaux ont montré que l’ACE2 humaine recombinante (rhACE2) est bénéfique pour la prévention de l’hypertension dans les maladies cardiovasculaires et pour améliorer la fonction rénale dans la néphropathie diabétique. Il est intéressant de noter que le rhACE2 a été bien toléré par un groupe de volontaires humains en bonne santé lors d’un essai clinique de phase 1, sans exercer d’effets secondaires cardiovasculaires indésirables. Une étude a rapporté les effets thérapeutiques de l’ECA2 recombinante dans la fibrose hépatique expérimentale, dans laquelle les lésions hépatiques ont été induites chirurgicalement par une cholestase ou par une injection hépatotoxique de tétrachlorure de carbone. Ils ont démontré que l’ACE2 recombinante réduisait significativement la fibrose hépatique dans les deux modèles animaux de maladie du foie. Cependant, l’un des principaux inconvénients de cette approche systémique est que le traitement produit inévitablement des effets hors cible qui, dans de nombreux cas, sont indésirables. L’administration systémique d’ACE2 recombinante présente donc plusieurs inconvénients. Cela inclut des injections quotidiennes d’ACE2, une procédure invasive dans un cadre clinique et une approche coûteuse avec un effet indésirable sur la régulation de la pression artérielle . Pour contourner ce problème, l’approche idéale serait d’augmenter les niveaux d’ACE2 spécifiques aux tissus dans l’organe cible. Ainsi, l’augmentation de l’activité de l’ACE2 spécifique à l’organe en utilisant un vecteur AAV recombinant spécifique au foie devrait produire des effets thérapeutiques confinés à l’organe ciblé tout en minimisant les effets hors cible indésirables.

En plus de l’utilisation du sérotype de capside spécifique au foie, la spécificité peut être encore améliorée par l’ingénierie du vecteur avec le gène de l’ACE2 sous le contrôle transcriptionnel d’un promoteur fort spécifique au foie, l’apolipoprotéine E/hα1-antitrypsine humaine. Les études publiées par notre laboratoire ont utilisé un vecteur AAV pseudotypique spécifique du foie (rAAV2/8) pour l’évaluation préclinique et ont montré que la surexpression hépatique du gène ACE2 murin délivré aux souris durait jusqu’à 6 mois après une seule injection intrapéritonéale. Nous avons ensuite traité des souris avec une série de modèles de maladies du foie, dont la fibrose biliaire induite par la ligature du canal biliaire (LBD), les lésions toxiques induites par des injections de tétrachlorure de carbone (CCl4) et la fibrose hépatique associée à la stéatose hépatique induite par un régime pauvre en méthionine et en choline (MCD), en utilisant une seule injection intrapéritonéale de rAAV2/8-ACE2 . Le traitement a produit une augmentation importante de l’expression et de l’activité protéique de l’ACE2, qui était confinée au foie sans affecter les autres organes principaux. Contrairement aux maladies héréditaires, par exemple l’hémophilie B, où un niveau relativement faible d’expression du transgène dans le foie peut être suffisant pour entraîner de légères augmentations des taux de FIX dans le sang, l’ampleur de l’expression du transgène nécessaire pour une intervention thérapeutique dans une maladie non héréditaire peut être sensiblement plus élevée. Ceci, à son tour, peut constituer un défi pour les chercheurs en thérapie génique. Il est toutefois intéressant de noter que, dans notre approche thérapeutique ciblant le foie avec rAAV2/8-ACE2, nous avons constaté que l’augmentation de l’expression de l’ACE2 hépatique réduisait le niveau hépatique de l’Ang II profibrotique de plus de 50 % par rapport aux personnes traitées avec un vecteur témoin portant de l’albumine sérique humaine (rAAV2/8-HSA). La réduction de l’Ang II, qui s’est accompagnée d’une augmentation des niveaux hépatiques du peptide antifibrotique Ang-(1-7), a entraîné une réduction marquée de l’expression des cytokines inflammatoires, ce qui a conduit à une réduction importante de la fibrose hépatique dans les trois modèles (figure 2). Ces études sur des modèles animaux à court terme ont été validées pour démontrer que dans des modèles animaux à long terme de fibrose biliaire et de stéatose hépatique, qui produisent des lésions hépatiques plus comparables à celles observées chez les patients atteints de ces maladies, une seule injection intrapéritonéale de rAAV2/8-ACE2 a entraîné une réduction importante de la fibrose hépatique (Figure 3). Contrairement à d’autres études utilisant des vecteurs AAV, nous avons constaté que le rAAV2/8-ACE2 réduisait les taux sériques d’alanine transaminase (ALT) chez les animaux malades par rapport à ceux qui avaient reçu le vecteur témoin (rAAV2/8-HSA), ce qui suggère que le vecteur lui-même est sans danger pour le foie. De plus, le vecteur rAAV2/8-HSA (jusqu’à 10 jours) ou rAAV2/8-ACE2 (jusqu’à 24 semaines) injecté à des souris saines n’a produit aucun changement dans le niveau d’ALT plasmatique, confirmant que le vecteur lui-même n’est pas susceptible de causer des lésions hépatiques. La représentation schématique du mécanisme moléculaire associé à la thérapie génique ACE2 utilisant le vecteur rAAV2/8 dans la fibrose hépatique est présentée dans la figure 4.

L’administration de gènes ciblant le foie à l’aide du vecteur rAAV2/8 s’est avérée prometteuse sur le plan thérapeutique dans le foie adulte, mais leurs effets n’ont pas été étudiés de manière approfondie dans le foie immature. Bien que rAAV2/8 transduise le foie de souris néonatales avec une grande efficacité, le vecteur n’est pas persistant dans le foie et décline rapidement avec la croissance du foie. Par conséquent, l’utilisation réussie de la thérapie médiée par rAAV2/8 pour traiter les maladies du foie dans la petite enfance peut nécessiter une réadministration. Dans le même ordre d’idées, une autre étude a démontré que le traitement de souris néonatales déficientes en ornithine transcarbamylase (OTC) par AAV2/8-OTC n’a pas réussi à protéger les souris de l’hyperammonémie à l’âge adulte. Ainsi, produire une transduction stable dans le foie en développement reste l’un des plus grands défis pour la thérapie génique rAAV2/8 spécifique au foie, et la réadministration des vecteurs peut être nécessaire pour maintenir l’efficacité thérapeutique à l’âge adulte après un traitement néonatal précoce.

Bien que les vecteurs AAV employés pour les études précliniques puissent être efficaces dans le foie humain, il est important de sélectionner un vecteur AAV spécifique aux hépatocytes humains avec une efficacité de transduction accrue . Récemment, deux groupes ont proposé d’utiliser des souris humanisées telles que le modèle de souris immunodéprimées FRG (Fah-/-/Rag2-/-/Il2rg-/-) pour identifier le meilleur sérotype de rAAV pour la thérapie génique dirigée vers le foie. Les études sur le modèle de souris humanisé repeuplé avec plus de 25 % d’hépatocytes humains ont permis aux chercheurs d’identifier des vecteurs AAV spécifiques du foie humain tels que le LK-03 dérivé de la bibliothèque d’AAV à ADN de capside mélangé. Cette bibliothèque a été générée à partir de 10 gènes de capside d’AAV. Le LK-03, qui est composé de cinq capsides d’AAV parentaux différents, a été capable de transduire des hépatocytes primaires humains avec une efficacité supérieure in vitro et dans un modèle de xénogreffe de carcinome hépatocellulaire in vivo, par rapport à l’AAV de sérotype 8. Wang et ses collègues ont également signalé un niveau de transduction hépatique plus élevé chez les souris FRG en utilisant la capside de l’AAVrh10, un AAV de clade E dérivé du macaque rhésus, et l’AAV3B et ont montré que les vecteurs AAV-LK-03 peuvent être supérieurs à l’AAV3B ou à l’AAV8 . On s’attend à ce que les chercheurs utilisent de plus en plus des modèles animaux humanisés pour des maladies autres que les maladies du foie, ce qui leur permettra d’identifier de nouvelles variantes de vecteurs AAV modifiés, l’efficacité de la transduction et les réactions immunitaires spécifiques au tissu humain étudié. De plus, il a été rapporté que le vecteur AAV3B-eGFP, qui a été capable de provoquer une expression robuste de la GFP spécifique du foie dans le foie de primates non humains, est significativement meilleur que l’AAV8 sans hépatotoxicité apparente .