Perspektiven der genetischen Managementstrategie für vererbte kardiovaskuläre Erkrankungen in China

Perspektiven der genetischen Managementstrategie für vererbte kardiovaskuläre Erkrankungen in China

Vererbte kardiovaskuläre Erkrankungen (CVDs) stellen eine erhebliche Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar und verursachen global eine massive wirtschaftliche Belastung. Diese Erkrankungen werden häufig durch genetische Alterationen verursacht, die wesentliche Risikofaktoren für viele CVDs sind. Typischerweise werden diese Krankheiten durch ein Allelpaar kontrolliert und folgen in ihrer Vererbung den Mendelschen Prinzipien, unabhängig davon, ob sie durch primäre Schädigungen oder sekundäre Verletzungen im Rahmen anderer Syndrome entstehen. Bisher wurden hunderte vererbte CVDs identifiziert. Fortschritte in der Next-Generation-Sequencing-Technologie (NGS) ermöglichen eine schnelle und präzise molekulare Diagnose bei Patienten mit vererbten CVDs. Darüber hinaus wurden bedeutende Fortschritte in der Entwicklung zielgerichteter Therapien und assistiver Devices erzielt, die bereits klinisch eingesetzt werden. Dennoch existiert keine vollständig effektive Strategie zur Behandlung vererbter CVDs. Somit besteht ein dringender Bedarf an besseren therapeutischen Ansätzen.

Bei etwa 1 von 50 Neugeborenen liegt eine vererbte genetische Störung vor. Die Frage, wie geschädigte Gene repariert werden können, steht seit über drei Jahrzehnten im Fokus der Forschung. Derzeit besteht die größte Hürde für die Entwicklung von Gentherapien darin, die effizienteste und sicherste Methode zur Wiederherstellung der Genfunktion zu ermitteln.

Neuartige Ansätze der Gentherapie

1. Genzusatz/-ersatz
   In den späten 1980er Jahren markierte die intracoronare Gentransfer-Methode den Beginn der Gentherapie für CVDs. In den letzten 20 Jahren hat sich die Technologie in diesem Feld signifikant weiterentwickelt. Initial wurden Strategien entwickelt, um funktionelle Genkopien zu liefern (Genersatz). Das Konzept beruht darauf, das geschädigte Gen mittels viraler oder nicht-viraler Vektoren durch neue Nukleotidsequenzen in RNA- oder DNA-Form zu ersetzen. Durch verbesserte Vektoren wurde der nicht-homologe Genzusatz zunehmend akzeptabel, um funktionelle Genkopien in vivo zu generieren. Wang et al. und Thompson et al. demonstrierten beispielsweise die Re-Expression des Tafazzin-Gens mittels Adeno-assoziiertem Virus (AAV)-Vektor in einem Mausmodell des Barth-Syndroms, was die kontraktile Funktion von Herzmuskelzellen verbesserte. Einschränkungen bleiben jedoch die begrenzte Vektorgröße und die seltene Regulation zusätzlicher Gene durch ihren ursprünglichen Promotor.

2. Geninhibition/-depletion
   Geninhibition spielt bei zahlreichen Erkrankungen eine Rolle. Antisense-Oligonukleotide (ASOs), small interfering RNA und selektierte micro-RNA wurden in der translationalen Forschung und klinischen Studien eingesetzt, um gezielte Geninhibition in vivo zu erreichen. Inclisiran (ALN-PCSsc), ein langwirksames RNA-Interferenz-Therapeutikum, hemmt die Synthese von PCSK9, einem Zielprotein zur Senkung des LDL-Cholesterinspiegels bei koronarer Herzkrankheit. In einer Phase-3-Studie reduzierte Inclisiran den LDL-Cholesterinspiegel um etwa 50 % für mindestens 6 Monate. Bisher ist jedoch kein RNAi-Therapeutikum für vererbte CVDs zugelassen.

3. Genomeditierung
   Genomeditierung ist eine alternative Gentherapiemethode. Zinkfinger-Nukleasen und TALENs ermöglichten vor einem Jahrzehnt erstmals die klinische Genomeditierung in vivo. Die Entwicklung dieser Tools ist jedoch zeit- und ressourcenintensiv, und ihre Aktivität sowie Spezifität variieren erheblich.

4. CRISPR/Cas9
   CRISPR/Cas9-basierte nicht-homologe Endverknüpfung (NHEJ) wird in klinischen Studien eingesetzt. NTLA-2001, ein CRISPR/Cas9-basierter Therapeutikum zur Behandlung der Transthyretin-Amyloidose, reduziert das krankheitsverursachende fehlgefaltete Transthyretin (TTR) deutlich. Daten der Phase-I-Studie zeigten eine bis zu 97 %ige Reduktion des Serum-TTR-Spiegels über 12 Monate nach einmaliger Gabe.

Präzise Genomeditierung kann auch über den Homologie-gerichteten Reparaturweg (HDR) erfolgen, der Insertionen, Deletionen oder den Austausch von Sequenzen mittels exogener DNA-Vorlagen ermöglicht. Zhao et al. korrigierten das LdlrE208X-Mausmodell der familiären Hypercholesterinämie (FH) durch Cas9-vermittelte HDR. Obwohl die Korrektureffizienz in Hepatozyten nur 6 % betrug, verbesserte sich das atherogene Phänotyp. Kürzlich erreichte ein Team durch CRISPR/Cas9 und AAV-basierte HDR eine HDR-Effizienz von bis zu 45 % in Kardiomyozyten, was präzise Gentherapien ermöglicht.

Basen- und Prime-Editierung
Baseneditoren kombinieren DNA-modifizierende Enzyme mit programmierbaren DNA-Bindungseinheiten. Komor et al. entwickelten 2016 Cytosin-Baseneditoren (CBEs), die C–G-Basenpaare in T–A umwandeln. Gaudelli et al. beschrieben 2017 Adenin-Baseneditoren (ABEs) zur Konversion von A–T zu G–C. Lan et al. demonstrierten kürzlich die erfolgreiche ABE-Behandlung bei Mäusen mit Myh6 c.1211C >T-induzierter hypertropher Kardiomyopathie (HCM).

Um präzisere DNA-Modifikationen ohne Doppelstrangbrüche zu ermöglichen, führten Nelson et al. 2019 die Prime-Editierung (PE) ein. Prime-Editoren bestehen aus einer reversen Transkriptase und Cas9-Nickase, die gezielte Einzelbasenänderungen, Deletionen (≥80 bp) und Insertionen (≥44 bp) ermöglichen. Chen et al. optimierten die PE-Effizienz, und obwohl PE noch nicht bei vererbten CVDs angewendet wurde, könnten ihre Vorteile die Limitierungen der Baseneditierung ausgleichen.

Perspektiven für Gentherapieprojekte in China
Trotz niedriger Inzidenz ist die absolute Anzahl von Patienten mit vererbten CVDs in China aufgrund der Bevölkerungsgröße hoch. Folgende Maßnahmen sind entscheidend:

1. Umfassende Nutzung genetischer Testungen
   Genetische Testungen müssen genutzt werden, um molekulare Diagnosen und Hotspot-Mutationen in der chinesischen Bevölkerung zu kartieren und eine nationale Datenbank zu etablieren.

2. Integrative Strategien zur funktionellen Genkopielieferung
   Forscher sollten integrierte Strategien entwickeln, um die Expression defekter Gene wiederherzustellen, einschließlich der Auswahl von Therapiemethoden (Genersatz, -inhibition oder -editierung) und Vektoren.

3. Präklinische Validierung und ethische Genehmigung
   Jedes Gentherapieprotokoll erfordert präklinische Validierung und ethische Bewertung, um die Translation in die Klinik zu leiten.

4. Langzeitnachsorge und Management
   Potenzielle Gentherapie-Empfänger müssen kontinuierlich überwacht werden. Klinische Zentren sollten kooperative Netzwerke bilden, um klinische Studien durchzuführen.

Fazit
Präimplantationsdiagnostik (PGT) ermöglicht die Geburt von Kindern ohne ICD-Prädisposition. Gentherapie bleibt der vielversprechendste Ansatz zur Behandlung vererbter CVDs, erfordert jedoch weitere Forschung. Mit vertieften Grundlagen- und klinischen Studien wird die Optimierung der CVD-Therapie ein zentrales Thema bleiben.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000002804