SERCA2a基因转导治疗心力衰竭的研究进展
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心力衰竭是各种器质性心脏病发展的终末 阶段，虽然心衰诊疗已经取得很大进展， 但其患病率高,致残死亡率高,发病率随年 龄增长而增加，仍然是世界范围内的主要 公共卫生问题，急需新的治疗方法。 20 世纪发展起来的转基因技术为心力衰竭的 治 疗 寻 找 到 了 一 个 新 的 突 破 口 (Roger, 2013)。
Mingozzi F., Anguela X.M., Pavani G., Chen Y., Davidson R.J., Hui D.J., Yazicioglu M., Elkouby L., Hinderer C.J., Faella A., Howard C., Tai A., Podsakoff G.M., Zhou S., Basner-Tschakarjan E., Wright J.F. and High K.A. (2013). Overcoming preexisting humoral immunity to AAV using capsid decoys. Sci Transl Med. 5, 194-192. Miyamoto, M.I., del Monte, F., Schmidt, U.,et al. (2000). Adenoviral gene transfer of SERCA2a improves leftventricular function in aortic-banded rats in transition to heart failure. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 793-798. Roger, V.L. (2013). Epidemiology of heart failure. Circ Res. 113, 646-659. Zsebo, K.,Yaroshinsky, A., Rudy, J.J.,et al. (2014). Long-term effects of AAV1/SERCA2a gene transfer in patients with severe heart failure: analysis of recurrent cardiovascular events and mortality. Circ Res. 114, 101-108.
一系列细胞模型、啮齿动物模型和大动物模型均表明， 利用病毒载体导入 SERCA2a 基因至衰竭心脏细胞均 能改善心脏收缩和舒张功能(Hajjar et al., 1997；
Miyamoto et al., 2000 ； Byrne et al., 2008； Kawase and Hajjar 2008)。
相信随着基因转导技术和新型基因治疗载 体系统的开发研究，基因治疗在不远的将 来会取得突破性进展。
Bers, D.M. (2002). Cardiac excitationcontraction coupling. Nature. 415, 198-205. Byrne, M.J., Power, J.M.,et al.(2008). Recirculating cardiac delivery of AAV2/1SERCA2a improves myocardial function in an experimental model of heart failure in large animals. Gene Ther. 15, 1550-1557. Flesch, M., Schwinger, R.H., Schnabel, P. ,et al.(1996). Sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase and phospholamban mRNA and protein levels in end-stage heart failure due to ischemic or dilated cardiomyopathy. J Mol Med (Berl). 74, 321-332.
Ca2+ 是心肌收缩和舒张活动的中 心环节， Ca2+ 稳态失调是慢性心 力衰竭发生、发展的重要病理生 理机制。 肌浆网是细胞内重要
的 钙 贮 存 器 ， 其 在 维 持 Ca2+ 稳 态 时 发 挥 重 要 作 用 ， Ca2+ 经肌浆网上斯里兰卡碱受体 (RYR)大量释放触发心肌收缩, 而Ca2+被肌浆网重新摄取引起 心肌舒张。肌浆网重新摄取主 要 通 过 肌 浆 网 钙 泵 （ SERCA2a ） 发 挥 作 用 (Bers, 2002) 。 一 旦 SERCA2a 功 能 异 常，会 导 致 肌浆网贮存钙减少，影响钙释 放从而影响心肌收缩活动，也 会导致细胞质中钙负荷增加， 影响心肌舒张活动。
2007 年心力衰竭转 SERCA2a 基因治疗第一项临床 试验在美国开始 (CUPID 研究 ) ，此项研究使用重组 腺相关病毒1型载体(AAV1)搭载SERCA2a通过直接 冠脉内注射方式，治疗晚期心衰患者，旨在判断不 同 剂 量 的 AAV1/SERCA2a 的 有 效 性 及 安 全 性 (Hajjar et al., 2008)。 AAV1/SERCA2a
年进行了样本量更大的 CUPID2 研究，此项 研究纳入晚期心衰患者 250 人，初步结果令 人惊讶，AAV1-SERCA2a组与安慰剂组相比， 主要终点事件及次要终点事件方面均未发现 明显获益(Greenberg et al., 2016)。
CUPID研究者获得了行心脏移植术或左室 辅助装置植入术及死亡的患者的组织样本， 经 RT-PCR 测定后发现 CUPID2 患者心肌 细胞中载体DNA表达量远远低于CUPID1 中 的 数 量 (Zsebo et al., 2014 ； Greenberg et al., 2016)。虽然组织样 本数目很少，但是也提示 CUPID2 的失败 可能是由于在该试验中 SERCA2a 转染效 率较低。
Fargnoli A.S., Katz M.G., Yarnall C,et al. (2013). Cardiac surgical delivery of the sarcoplasmic reticulum calcium ATPase rescues myocytes in ischemic heart failure. Ann Thorac Surg. 96, 586-595. Greenberg, B., Butler, J., Felker, G.M.,et al. (2016). Calcium upregulation by percutaneous administration of gene therapy in patients with cardiac disease (CUPID 2): a randomised, multinational, double-blind, placebocontrolled, phase 2b trial. Lancet. 387, 1178-1186. Hajjar,R.J., Kang, J.X., Gwathmey, J.K. and Rosenzweig, A. (1997). Physiological effects of adenoviral gene transfer of sarcoplasmic reticulum calcium ATPase in isolated rat myocytes. Circulation. 95, 423-429. Hajjar,R.J., Zsebo, K., Deckelbaum, L.,et al. (2008). Design of a phase 1/2 trial of intracoronary administration of AAV1/SERCA2a in patients with heart failure. J Card Fail. 14, 355-367.
导致SERC2a转染效率低的可能因素： 1、AAV中和抗体的出现 2 、 CUPID2 中应用的空病毒衣壳（ empty virus capsid ） 比 例 （ 25% ） 远 远 低 于 CUPID1 中应用的空病毒衣壳比例（ 75% ） (Mingozzi et al., 2013)。 3. CUPID试验中应用的经导管冠状动脉内 注射基因导入方法也可能影响了影响基因 转染效率。
Kawase,Y. and Hajjar,R.J. (2008). The cardiac sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase: a potent target for cardiovascular diseases. Nat Clin Pract Cardiovasc Med. 5, 554-565. Meyer , M., Schillinger , W., Pieske, B., et al. (1995). Alterations of sarcoplasmic reticulum proteins in failing human dilated cardiomyopathy. Circulation. 92, 778-784.
大量研究发现，心衰细胞中 SERCA2a 表达和活性下降，同时伴有Ca2+稳态失 衡和心脏功能障碍 (Hasenfuss et al., 1994； Meyer et al., 1995； Flesch et al., 1996)。因此通过基因转导技术 过表达SERCA2a成为基因转导治疗心衰 的关键点。
研究发现，随访 1 年， AAV1-SERCA2a 高剂 量组，心功能改善情况，6分钟步行距离明显 优于安慰剂组，随访3年末，主要不良心血管 事件发生率（包括再发心梗、心衰恶化、心 衰再入院、心原性死亡等的复合事件）显著 低 于 安 慰 剂 百度文库 (Jaski et al., 2009 ；
Jessup et al., 2011 ； Zsebo et al., 2014) 。基于 CUPID 的研究结果，于 2012
Hasenfuss, G., Reinecke, H., Studer , R.,et al. (1994). Relation between myocardial function and expression of sarcoplasmic reticulum Ca(2+)ATPase in failing and nonfailing human myocardium. Circ Res. 75, 434442. Jaski, B.E., Jessup, M.L., Mancini, D.M.,et al. (2009). Calcium upregulation by percutaneous administration of gene therapy in cardiac disease (CUPID Trial), a first-in-human phase 1/2 clinical trial. J Card Fail. 15, 171-181. Jessup, M., Greenberg, B., Mancini, D.,et al. (2011). Calcium Upregulation by Percutaneous Administration of Gene Therapy in Cardiac Disease (CUPID): a phase 2 trial of intracoronary gene therapy of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase in patients with advanced heart failure. Circulation. 124, 304-313.
CUPID2 试 验 虽 然 失 败 ， 但 该 试 验 证 实 了 SERCA2a 基因治疗心衰是安全的。基因治疗 仍然是当前最有发展潜力的疾病治疗手段。 SERCA2a 基因治疗中遇到的问题将来有望得 到解决。目前已有研究发现通过建立再循环的 闭环系统，可提高冠脉内注射导入效率的目的 （Fargnoli et al.,2013）。另外，免疫抑制药 物或血浆置换方法的应用可能会减少AAV中和 抗体的影响，或者发展载体改造和重组技术可 提高病毒载体安全性和转染效率。
Mingozzi F., Anguela X.M., Pavani G., Chen Y., Davidson R.J., Hui D.J., Yazicioglu M., Elkouby L., Hinderer C.J., Faella A., Howard C., Tai A., Podsakoff G.M., Zhou S., Basner-Tschakarjan E., Wright J.F. and High K.A. (2013). Overcoming preexisting humoral immunity to AAV using capsid decoys. Sci Transl Med. 5, 194-192. Miyamoto, M.I., del Monte, F., Schmidt, U.,et al. (2000). Adenoviral gene transfer of SERCA2a improves leftventricular function in aortic-banded rats in transition to heart failure. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 793-798. Roger, V.L. (2013). Epidemiology of heart failure. Circ Res. 113, 646-659. Zsebo, K.,Yaroshinsky, A., Rudy, J.J.,et al. (2014). Long-term effects of AAV1/SERCA2a gene transfer in patients with severe heart failure: analysis of recurrent cardiovascular events and mortality. Circ Res. 114, 101-108.
一系列细胞模型、啮齿动物模型和大动物模型均表明， 利用病毒载体导入 SERCA2a 基因至衰竭心脏细胞均 能改善心脏收缩和舒张功能(Hajjar et al., 1997；
Miyamoto et al., 2000 ； Byrne et al., 2008； Kawase and Hajjar 2008)。
相信随着基因转导技术和新型基因治疗载 体系统的开发研究，基因治疗在不远的将 来会取得突破性进展。
Bers, D.M. (2002). Cardiac excitationcontraction coupling. Nature. 415, 198-205. Byrne, M.J., Power, J.M.,et al.(2008). Recirculating cardiac delivery of AAV2/1SERCA2a improves myocardial function in an experimental model of heart failure in large animals. Gene Ther. 15, 1550-1557. Flesch, M., Schwinger, R.H., Schnabel, P. ,et al.(1996). Sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase and phospholamban mRNA and protein levels in end-stage heart failure due to ischemic or dilated cardiomyopathy. J Mol Med (Berl). 74, 321-332.
Ca2+ 是心肌收缩和舒张活动的中 心环节， Ca2+ 稳态失调是慢性心 力衰竭发生、发展的重要病理生 理机制。 肌浆网是细胞内重要
的 钙 贮 存 器 ， 其 在 维 持 Ca2+ 稳 态 时 发 挥 重 要 作 用 ， Ca2+ 经肌浆网上斯里兰卡碱受体 (RYR)大量释放触发心肌收缩, 而Ca2+被肌浆网重新摄取引起 心肌舒张。肌浆网重新摄取主 要 通 过 肌 浆 网 钙 泵 （ SERCA2a ） 发 挥 作 用 (Bers, 2002) 。 一 旦 SERCA2a 功 能 异 常，会 导 致 肌浆网贮存钙减少，影响钙释 放从而影响心肌收缩活动，也 会导致细胞质中钙负荷增加， 影响心肌舒张活动。
2007 年心力衰竭转 SERCA2a 基因治疗第一项临床 试验在美国开始 (CUPID 研究 ) ，此项研究使用重组 腺相关病毒1型载体(AAV1)搭载SERCA2a通过直接 冠脉内注射方式，治疗晚期心衰患者，旨在判断不 同 剂 量 的 AAV1/SERCA2a 的 有 效 性 及 安 全 性 (Hajjar et al., 2008)。 AAV1/SERCA2a
年进行了样本量更大的 CUPID2 研究，此项 研究纳入晚期心衰患者 250 人，初步结果令 人惊讶，AAV1-SERCA2a组与安慰剂组相比， 主要终点事件及次要终点事件方面均未发现 明显获益(Greenberg et al., 2016)。
CUPID研究者获得了行心脏移植术或左室 辅助装置植入术及死亡的患者的组织样本， 经 RT-PCR 测定后发现 CUPID2 患者心肌 细胞中载体DNA表达量远远低于CUPID1 中 的 数 量 (Zsebo et al., 2014 ； Greenberg et al., 2016)。虽然组织样 本数目很少，但是也提示 CUPID2 的失败 可能是由于在该试验中 SERCA2a 转染效 率较低。
Fargnoli A.S., Katz M.G., Yarnall C,et al. (2013). Cardiac surgical delivery of the sarcoplasmic reticulum calcium ATPase rescues myocytes in ischemic heart failure. Ann Thorac Surg. 96, 586-595. Greenberg, B., Butler, J., Felker, G.M.,et al. (2016). Calcium upregulation by percutaneous administration of gene therapy in patients with cardiac disease (CUPID 2): a randomised, multinational, double-blind, placebocontrolled, phase 2b trial. Lancet. 387, 1178-1186. Hajjar,R.J., Kang, J.X., Gwathmey, J.K. and Rosenzweig, A. (1997). Physiological effects of adenoviral gene transfer of sarcoplasmic reticulum calcium ATPase in isolated rat myocytes. Circulation. 95, 423-429. Hajjar,R.J., Zsebo, K., Deckelbaum, L.,et al. (2008). Design of a phase 1/2 trial of intracoronary administration of AAV1/SERCA2a in patients with heart failure. J Card Fail. 14, 355-367.
导致SERC2a转染效率低的可能因素： 1、AAV中和抗体的出现 2 、 CUPID2 中应用的空病毒衣壳（ empty virus capsid ） 比 例 （ 25% ） 远 远 低 于 CUPID1 中应用的空病毒衣壳比例（ 75% ） (Mingozzi et al., 2013)。 3. CUPID试验中应用的经导管冠状动脉内 注射基因导入方法也可能影响了影响基因 转染效率。
Kawase,Y. and Hajjar,R.J. (2008). The cardiac sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase: a potent target for cardiovascular diseases. Nat Clin Pract Cardiovasc Med. 5, 554-565. Meyer , M., Schillinger , W., Pieske, B., et al. (1995). Alterations of sarcoplasmic reticulum proteins in failing human dilated cardiomyopathy. Circulation. 92, 778-784.
大量研究发现，心衰细胞中 SERCA2a 表达和活性下降，同时伴有Ca2+稳态失 衡和心脏功能障碍 (Hasenfuss et al., 1994； Meyer et al., 1995； Flesch et al., 1996)。因此通过基因转导技术 过表达SERCA2a成为基因转导治疗心衰 的关键点。
研究发现，随访 1 年， AAV1-SERCA2a 高剂 量组，心功能改善情况，6分钟步行距离明显 优于安慰剂组，随访3年末，主要不良心血管 事件发生率（包括再发心梗、心衰恶化、心 衰再入院、心原性死亡等的复合事件）显著 低 于 安 慰 剂 百度文库 (Jaski et al., 2009 ；
Jessup et al., 2011 ； Zsebo et al., 2014) 。基于 CUPID 的研究结果，于 2012
Hasenfuss, G., Reinecke, H., Studer , R.,et al. (1994). Relation between myocardial function and expression of sarcoplasmic reticulum Ca(2+)ATPase in failing and nonfailing human myocardium. Circ Res. 75, 434442. Jaski, B.E., Jessup, M.L., Mancini, D.M.,et al. (2009). Calcium upregulation by percutaneous administration of gene therapy in cardiac disease (CUPID Trial), a first-in-human phase 1/2 clinical trial. J Card Fail. 15, 171-181. Jessup, M., Greenberg, B., Mancini, D.,et al. (2011). Calcium Upregulation by Percutaneous Administration of Gene Therapy in Cardiac Disease (CUPID): a phase 2 trial of intracoronary gene therapy of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase in patients with advanced heart failure. Circulation. 124, 304-313.
CUPID2 试 验 虽 然 失 败 ， 但 该 试 验 证 实 了 SERCA2a 基因治疗心衰是安全的。基因治疗 仍然是当前最有发展潜力的疾病治疗手段。 SERCA2a 基因治疗中遇到的问题将来有望得 到解决。目前已有研究发现通过建立再循环的 闭环系统，可提高冠脉内注射导入效率的目的 （Fargnoli et al.,2013）。另外，免疫抑制药 物或血浆置换方法的应用可能会减少AAV中和 抗体的影响，或者发展载体改造和重组技术可 提高病毒载体安全性和转染效率。