综述：基因治疗靶向衰老相关疾病

本综述系统探讨了基因疗法干预衰老机制与治疗年龄相关疾病的前沿进展，重点分析了靶向DNA损伤、端粒损耗（TERT）、线粒体功能障碍（SIRT）、慢性炎症（NF-κB）等核心衰老标志物的策略，涵盖神经退行性疾病（AD/PD/ALS）、心血管病及代谢性疾病等领域，并展望了基因编辑（CRISPR）、病毒载体（AAV）及细胞疗法（CAR-T）的临床转化挑战与个性化治疗前景。

　　

Abstract

当代基因治疗策略为干预衰老机制和治疗年龄相关疾病提供了新途径。本综述分析了针对年龄相关病理（包括神经退行性、心血管、代谢和眼科疾病）的临床前和临床研究进展，探讨了如何通过靶向基因疗法应对特定衰老机制——DNA损伤积累、端粒缩短、线粒体功能障碍和慢性炎症。

Introduction

衰老是普遍的生物学过程，伴随生理功能逐渐下降、稳态失衡和对疾病的易感性增加。在分子层面，衰老与DNA损伤积累、表观遗传改变、线粒体功能障碍、细胞衰老和慢性炎症相关。这些变化的共同影响构成了神经退行性、心血管、眼科、代谢和肿瘤疾病的病理生理基础，这些疾病仍是老年发病和死亡的主要原因。

基因治疗与高精度编辑工具（如CRISPR-Cas变体、碱基编辑器和先导编辑器）相结合，能够精确改变决定细胞寿命、应激抵抗和能量代谢调节的基因表达或序列。基因治疗可通过敲低、敲除或过表达精确靶向几乎所有基因，克服了传统小分子和生物药物的局限性。

在靶向基因组编辑技术和专门递送系统的开发方面已取得重大临床进展。改进的腺相关病毒和慢病毒载体、仙台病毒载体、α逆转录病毒载体、新一代脂质纳米颗粒、天然和工程化外泌体以及混合病毒-纳米载体平台提高了靶向特异性、降低了免疫可见性，并增强了对治疗基因表达持续时间的控制。

Telomerase reverse transcriptase (TERT)

端粒酶逆转录酶（TERT）是端粒酶的关键催化组分，通过向染色体末端添加重复DNA序列来维持端粒长度。随着衰老，大多数体细胞中TERT活性降低，导致端粒逐渐缩短和细胞衰老。短端粒与多种年龄相关疾病有关，包括心血管病、神经退行性病变和免疫缺陷状态。

AAV介导的TERT基因治疗方法已显示出显著疗效。在12个月和24月龄小鼠中施用AAV-Tert后，各种衰老生物标志物得到显著改善，包括中位寿命延长达24%。在心肌梗死后的心力衰竭模型中，AAV9-Tert治疗的小鼠心脏结构和功能损伤减少，死亡率降低，生物标志物改善。在端粒缩短诱导的再生障碍性贫血模型中，高剂量AAV9-Tert恢复了骨髓中造血干细胞功能，挽救了再生障碍表型，并改善了外周血和骨髓细胞中的端粒长度。

KLOTHO gene

KLOTHO基因作为长寿基因被发现，其表达随着年龄增长显著降低，与许多年龄相关疾病的发展有关。KLOTHO蛋白作为成纤维细胞生长因子-23（FGF23）的共受体，具有多效性作用，包括抗氧化应激保护、抑制炎症和调节矿物质代谢。

在阿尔茨海默病（AD）模型中，KLOTHO过表达转基因小鼠与hAPP-J20转基因AD小鼠杂交的后代表现出过早死亡率降低、网络功能障碍减少，以及与学习记忆相关的NMDA受体亚基GLUN2B的突触后密度增加。表达全长KLOTHO的慢病毒在APP/PS1转基因AD模型中通过自噬促进Aβ清除，并改善小鼠认知功能。

Apolipoprotein E (APOE)

载脂蛋白E（APOE）是脂质代谢中的关键蛋白，在胆固醇和其他脂质运输中起核心作用。APOE基因存在三种主要等位基因变异（ε2、ε3、ε4），它们对年龄相关疾病风险的影响显著不同。APOE ε4等位基因是散发性阿尔茨海默病的最重要遗传风险因素，将疾病概率提高3-12倍，也与正常衰老中认知加速下降相关。相反，APOE ε2等位基因对神经退行性变具有保护作用，并与寿命延长相关。

APOE介导的疗法旨在将年龄相关疾病风险增加的APOE等位基因（如ε4）转换为保护性变体（如ε2）。通过AAVrh.10hAPOEε2将APOE ε4转换为ε2的疗法正在针对早发性阿尔茨海默病进行临床试验（NCT03634007），这代表了一种潜在的疾病修饰疗法。

Sirtuins

Sirtuins是一类NAD⁺依赖的去乙酰化酶/ADP-核糖基转移酶，在调节细胞代谢、应激反应和寿命中起关键作用。哺乳动物中已鉴定出七个sirtuins（SIRT1-7），位于不同细胞区室中。它们作为细胞能量状态传感器，将代谢与表观遗传调控联系起来。

基于SIRT1的基因治疗使用AAV2载体通过玻璃体内注射传递，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型中通过调节视网膜神经节细胞中的线粒体更新显示出神经保护作用。在Hutchinson-Gilford早衰综合征模型中，通过AAV1传递SIRT7改善了疾病表型并延长了早衰小鼠的寿命。

FoxO transcription factors

FoxO转录因子代表一个进化上保守的蛋白质家族，对细胞应激适应和寿命调节至关重要。在哺乳动物中，四个关键FoxO蛋白——FoxO1、FoxO3a、FoxO4和FoxO6——作为参与代谢、细胞周期、凋亡、自噬和氧化应激抵抗的信号通路的某些整合器。

最近研究强调，FoxO调节的有益或有害结果高度依赖于背景，根据组织类型、疾病状况和特定细胞环境而有很大差异。例如，在胰腺β细胞中FoxO1过表达可防止细胞衰老和功能障碍，而在与保留射血分数心力衰竭（HFpEF）相关的心脏成纤维细胞中，使用AAV9载体表达短发夹RNA抑制FoxO1可显著减少心脏纤维化和心律失常发生。

Nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 (NRF2)

核因子红细胞2相关因子2（NRF2）是调节细胞抗氧化反应的主要转录因子，通过激活保护性基因来对抗氧化应激和炎症这两个衰老的关键驱动因素。研究表明，NRF2活性通常随着年龄增长而下降，其持续激活与各种模式生物中寿命和健康寿命的增加有关。

AAV介导的NRF2递送在多种神经退行模型（包括光感受器和视网膜神经节细胞）中提供了优于直接抗氧化酶（如SOD2和过氧化氢酶）的神经保护作用。AAV-NRF2保护小鼠免受对乙酰氨基酚诱导的肝毒性，并在光诱导的年龄相关性黄斑变性模型中促进结构和功能恢复。

Vascular endothelial growth factor (VEGF)

血管内皮生长因子（VEGF）是血管生成和血管稳态的关键调节因子，在维持一生中血管系统健康方面起核心作用。衰老研究的一个关键发现是，虽然VEGF基因表达水平在衰老过程中通常保持相对稳定，但实际的VEGF信号传导通过多种机制显著受损。

基于对机制的理解，全身性VEGF疗法被开发出来，通过增加活性VEGF的生物利用度来特异性对抗年龄相关的VEGF信号传导下降。例如，通过腺相关病毒（AAV）持续肝VEGF-A表达或全身施用VEGF164有效保护毛细血管网络，改善组织灌注，并在动物模型中逆转多种衰老表型。

其他重要靶点

肝细胞生长因子（HGF）作为一种多功能蛋白，通过其神经保护、肌保护和再生特性，在促进健康衰老方面具有显著潜力。神经营养因子-3（NT-3）被假设可恢复年龄相关疾病中的神经元功能。生长分化因子11（GDF11）是TGF-β超家族成员，最近研究揭示了其对肌肉组织复杂且背景依赖的效应。成纤维细胞生长因子21（FGF21）在调节能量代谢中起核心作用。

通过NFκB靶向方法抑制年龄相关炎症在早衰模型中显示出显著寿命延长。使用选择性消除衰老细胞的遗传构建体（INK-ATTAC）靶向细胞衰老不仅延长了小鼠寿命，还减少了各种组织中的年龄相关病理。

临床转化进展

从临床前模型向临床试验的过渡代表了年龄相关疾病基因治疗发展的关键阶段。尽管发病机制复杂且年龄相关疾病具有多因素性质，近年来已启动了针对衰老基础分子和细胞功能障碍的几种治疗方法的试验。

在阿尔茨海默病（AD）领域，AAV2-NGF在I期研究中显示长期表达、生物活性和安全性，但随后的II期研究未达到主要终点。AAVrh.10hAPOE2——一种传递APOE2基因的AAV载体，在临床前模型中显示出对AD的保护作用，目前正在进行I期研究。

在帕金森病（PD）中，AAV2-AADC临床研究显示双侧壳核递送后运动症状显著改善。AAV介导的芳香族L-氨基酸脱羧酶递送以增强多巴胺能神经传递的VY-AADC临床试验已终止。

在年龄相关性黄斑变性方面，ADVM-022（一种表达抗VEGF蛋白aflibercept的AAV.7m8载体）正在进行单次玻璃体内注射 prolonged effect 的临床试验。基于AAV8的RGX-314基因疗法在单次视网膜下注射后在湿性年龄相关性黄斑变性模型中实现持续VEGF-A抑制。

挑战与局限性

尽管取得显著进展，基因治疗在衰老干预和年龄相关疾病中的临床应用面临一系列需要创新解决方案的基础和技术挑战。

衰老的多因素性质是基因治疗干预的关键挑战。衰老以多种病理途径同时激活为特征，包括细胞衰老、线粒体功能障碍、慢性炎症、表观遗传改变和蛋白质稳态破坏。这限制了针对单基因或信号通路方法的有效性。

基因治疗剂的免疫原性仍然是一个关键障碍。针对递送载体系统（特别是病毒）和编辑系统蛋白（Cas核酸酶）以及表达转基因可能出现免疫反应。最近研究表明，高达80%的成年人群存在针对常见AAV血清型的预存中和抗体，显著降低了转导效率并限制了重复给药的可能性。

组织特异性递送仍然是一个复杂的任务。尽管在创建具有增强对特定组织趋向性的载体方面取得了进展，但它们的特异性通常仍然不足。难以通过全身给药靶向的组织（如骨骼肌、心脏或深部脑结构）面临挑战。

未来方向

克服衰老多因素性质的最有希望策略在于多模式组合方法。同时针对多个关键衰老机制的策略可实现协同效应，特别有希望的组合包括影响衰老不同方面的基因：用于端粒长度维持的TERT、用于增强应激抵抗的FoxO、用于代谢调节的sirtuins以及减少炎症的因子。

具有时空调节的可诱导表达系统代表了提高安全性和有效性的关键进步。四环素诱导或光遗传学控制的启动子能够根据临床需要精细调节治疗基因表达。这种方法对于使用Yamanaka因子的部分表观遗传重编程特别有价值，其中严格的表达控制对于防止畸胎形成同时保持治疗益处至关重要。

下一代混合载体系统的开发解决了传统递送限制。将AAV与脂质纳米颗粒（LNP-AAV hybrids）或外泌体（exo-AAV）相结合显著提高了转导效率，同时降低了免疫原性。

结论

衰老和年龄相关疾病的基因治疗代表了一个快速发展的领域。对衰老分子机制理解的进展，与革命性基因组编辑技术和创新递送系统相结合，为干预衰老过程创造了前所未有的机会。虽然现有局限性需要进一步研究，但多模式方法、个性化医学和非侵入性监测的整合为老年医学新范式奠定了基础。