Verve 針對降低膽固醇的基因治療藥物

針對高 Lp(a) 的藥物除了 Eli Lilly 的口服 Muvalaplin 和基因治療藥物 Lepodisiran 外，Verve Therapeutics 也有一個本來令人看好的基因治療藥物 VERVE-101，和 Lepodisiran 不同的是它的標靶基因是 PCSK9。

Lp(a) 是什麼？

膽固醇是由脂蛋白(lipoproteins)運送，脂蛋白由脂肪和蛋白質組成，蛋白質高、脂肪較低的為高密度脂蛋白(high-density lipoprotein, HDL)，通常被稱為好膽固醇，蛋白質低、脂肪高的則為低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)，常被稱為壞膽固醇，LDL 過高的話可能會堆積在血管壁上，造成血管堵塞，增加動脈硬化、心肌梗塞等等心血管疾病的風險。除了這兩種外，另外有一種和 LDL 很像的脂蛋白叫 Lp(a)，一樣是富含膽固醇的脂蛋白，不同的是它還有 apolipoprotein (a) 和 apo B100，而 Lp(a) 產生的關鍵過程是 LPA 基因轉錄成 apo(a) mRNA 的這一步。Apo(a) 和 apo B100 鏈接在一起的組合會堆積在血管壁，增加血管栓塞、心臟病、中風和主動脈瓣狹窄(aortic stenosis)的風險，尤其是帶有家族性高膽固醇血症(Familial Hypercholesterolemia, FH)基因的人，也因為是遺傳疾病，高 Lp(a) 的情況很難靠運動和飲食改善。

相關文章：Eli Lilly 的膽固醇藥物 Muvalaplin 和 Lepodisiran

PCSK9 和膽固醇的關係

2003 年的時候，科學家發現 PCSK9 的突變會使人年紀輕輕膽固醇(LDL)就很高，因為血液中的膽固醇會經由其受體被吸收進細胞內清除，而肝臟會製造 PCSK9 來降解 LDL 受體，如果 PCSK9 太多的話，LDL 受體就會減少，造成血液中的膽固醇過高。PCSK9 抑制劑便是用來提高 LDL 受體以降低膽固醇，人體通常對 PCSK9 抑制劑的耐受力不錯，

帶有家族性高膽固醇血症基因的人則是因為其中一個 LDL 受體基因突變，使其無法正常運作，因此功能正常的 LDL 受體比正常人少了一半，導致血液中的 LDL 無法有效被清除，需要每日服用 statins 或其他藥物來控制膽固醇，如果沒治療，很多會在五十歲以前因為心臟病或中風而死亡。

Verve 的基因治療

VERVE-101 的方式是突變患者的 PCSK9 基因，利用 CRISPR 改變其中一個 base pair，使它表現出正常功能的 PCSK9，讓患者體內少少的 LDL 受體存活的時間久一點。由於這是第一個使用在人體內的 CRISPR 基因治療，之前的都是把細胞抽出來編輯後再送進去，因此得到滿大的關注。

在他們的第一期臨床試驗裡，參與的是十位有家族性高膽固醇血症患者，需要服用最高劑量的藥物來控制血液中的膽固醇。在施打 VERE-101 之前，這些患者血液中的 LDL 濃度為 193 mg/dL（超過 50 mg/dL 算過高）。接受高劑量治療的三位患者在治療六個月後，血液中的 PCSK9 含量降到 47% 和 84% 之間，血液中的 LDL 濃度也降了 39% 至 55%。這個治療有一些副作用，接受治療後患者出現類感冒症狀，包括發燒、頭痛和身體痠痛等等，通常在幾天後就恢復正常。但是，有兩個本來就有動脈堵塞問題的患者在使用了 VERVE-101 後卻心臟病發，其中一個不幸過世，這位患者在臨床試驗開始前有出現胸痛的症狀，但並未告知研究團隊。VERVE 表示存活的那位，其心臟病和該治療無關，而過世的那位如果及時告知的話，會排除他進入臨床試驗。不過，話雖如此，11 月 12 日當他們發表臨床試驗結果後，隔天 VERVE 的股票還是大跌了一波。





News:

Science | Base editing, a new form of gene therapy, sharply lowers bad cholesterol in clinical trial

Nature | First trial of ‘base editing’ in humans lowers cholesterol — but raises safety concerns

Eli Lilly 的膽固醇藥物 Muvalaplin 和 Lepodisiran

Eli Lilly 的一款針對 Lp(a) 的藥物 Muvalaplin，可以阻止 apo(a) 和 apo B100 結合成 Lp(a)，進而有效降低 65% 的 Lp(a)。

膽固醇相關疾病

膽固醇是由脂蛋白(lipoproteins)運送，脂蛋白由脂肪和蛋白質組成，蛋白質高、脂肪較低的為高密度脂蛋白(high-density lipoprotein, HDL)，通常被稱為好膽固醇，蛋白質低、脂肪高的則為低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)，常被稱為壞膽固醇，LDL 過高的話可能會堆積在血管壁上，造成血管堵塞，增加動脈硬化、心肌梗塞等等心血管疾病的風險。除了這兩種外，另外有一種和 LDL 很像的脂蛋白叫 Lp(a)，一樣是富含膽固醇的脂蛋白，不同的是它還有 apolipoprotein (a) 和 apo B100。Apo(a) 和 apo B100 鏈接在一起的組合會堆積在血管壁，增加血管栓塞、心臟病、中風和主動脈瓣狹窄(aortic stenosis)的風險，尤其是帶有家族性高膽固醇血症(Familial Hypercholesterolemia, FH)基因的人。在家族性高膽固醇血症的人當中，大約有三成到五成的人，血液中的 Lp(a) 比較高，因此得到心臟疾病或中風的風險比較高，也需要花較多的心力在控制 Lp(a)。血液中的 Lp(a) 如果超過 50 mg/dL (125 nM) 算過高，每個人種都可能有過高的情況，不過非裔族群中比較常見。


Figure / Lipoprotein (a), Family Heart Foundation

Eli Lilly 的降膽固醇藥物 Muvalaplin

常見的降膽固醇藥物，像是斯他汀(statins)類藥物，並無法有效降低 Lp(a)，而因為是基因所致，也無法靠飲食、運動等等來控制。

Muvalaplin 為每日一次的口服Lp(a)形成抑制劑，是透過阻斷 apo(a)-apo B100 相互作用來抑制 Lp(a) 形成的小分子藥物，同時也可避免與結構類似的同源蛋白的胞漿素原(plasminogen)相互作用，阻止血栓的形成。

第一期的臨床研究募集了荷蘭一百多位血液 Lp(a) 濃度超過 30 mg/dL (75 nM)的患者，ㄧ分成兩組試驗不同劑量的 muvalaplin，年齡介於 18 歲到 69 歲之間，平均年齡為 29 歲和 32 歲，分別為每日一劑(1 mg -800 mg)或每日多劑 (30 mg -800 mg)，連吃十四天。參與者的血液 Lp(a) 濃度在吃了一劑後的 24 小時內就下降了，再吃了幾劑後更降了 63% 到 65%，93% 的參與者血液 Lp(a) 濃度降到低於 50 mg/dL。

效果看起來不錯，但是實驗設計看不太懂，試驗的人是找血液 Lp(a) 濃度超過 30 mg/dL 的患者，但是結果是看血液 Lp(a) 濃度低於 50 mg/dL 的患者，也就是有人原本的濃度可能就比目標濃度低了啊，Lp(a) 濃度原本就介於 30 mg/dL 和 50 mg/dL 之間的人，就算只降低 1% 也是低於 50 mg/dL，所以它的 93% 感覺也不意外。看不到原文，是我誤會了什麼嗎？雖說如果單看個人降多少的話是沒差，50 mg/dL 的患者也是可以降個 65% 到 32.5%。

Eli Lilly 於 2024 年年底公布了第二期臨床試驗結果，顯示患者在治療 12 週後，高劑量的 muvalaplin 最高可降低血中的 Lp(a) 濃度 85.8%，且高達 96.7% 的患者 Lp(a)濃度降到 125 nM 以下。

Eli Lilly 的降膽固醇基因治療 Lepodisiran

除此之外，既然家族性高膽固醇血症是遺傳疾病，那治根的方法應該要從基因開始？跟治標的 Muvalaplin 不同，Eli Lilly 的另一個藥物 Lepodisiran 是 siRNA (small interfering RNA)，標靶的基因是 LPA，目標便是降解 apo(a) mRNA，使它無法轉譯成 apo(a) 蛋白。在這個只有 48 位患者，平均年齡為 47 歲的第一期臨床試驗中，患者在施打高劑量 Lepodisiran (608 mg) 29 天後，的血液中的 Lp(a) 含量最高可降低 96%，而且可以維持到第 281 天，在治療 48 週後，血液中的 Lp(a) 濃度可維持在基線的 94% 以下。中等劑量(304 mg)也可以降低血中 Lp(a) 濃度，只是效果沒高劑量好，也無法維持那麼久，接受中劑量的患者在治療 48 週後，血液中的 Lp(a) 濃度降低 75%。施打低劑量(4 mg)最高也可降低 49%，安慰劑組則只降低 5%。


Article:

World first drug to target form of previously untreatable life-threatening ‘bad cholesterol’ - Monash Victorian Heart Institute

Lilly's muvalaplin lowered lipoprotein(a) levels in adults with high risk for cardiovascular events by up to 85% at highest tested dose


References:

SJ Nicholls, SE Nissen, C Fleming et al. Muvalaplin, an oral small molecule inhibitor of lipoprotein(a) formation: A randomized clinical trial. JAMA (2023) DOI: 10.1001/jama.2023.16503
CDC | Lipoprotein (a)

Family Heart Foundation | Lipoprotein (a): Five things you should know

個人基因體定序結合電子化病歷的未來

隨著個人化醫療(Personalized Medicine)和精準醫療(Precision Medicine)越來越夯，基因定序有必要成為例行的醫療項目之一嗎？

此篇新聞中的這位護士 Dana Atkinson 做例行的抽血檢驗時，她的血液被送到紐約的生技公司 Regeneron Pharmaceuticals 做基因定序，結果不久後接到電話通知說她的基因帶有罕見疾病 Long QT syndrome 的突變，會出現心律不整的情形，嚴重時會出現暈眩、癲癇，甚至是死亡的情況。之後她到賓州的醫學中心複診，醫療顧問說她雖帶有致病的突變，但不一定會出現症狀，醫生也可以幫她降低病發的機率。

然而，Atkinson 並不是唯一因此接到通知人。過去兩年，在賓州有超過四百人接到類似的通知。這是全世界最大的臨床基因定序試驗，也是第一個想把基因定序成為固定醫療程序之一的計劃，叫做 MyCode Community Health Initiative，是由 Geisinger Health System (GHS) 策劃的。GHS 在 2014 年一月開始和 Regeneron Genetics Center 合作，預計在五年內募集到十萬位參與者，沒想到今年六月就有十五萬人同意加入，目前已有 166,000 位加入此計畫，於是目標重設到 25 萬人。今年十月初時他們完成了 92400 位的基因定序，其中有 417 位發現帶有基因突變。參與者可以決定如果定序結果發現帶有疾病基因，要不要被告知，有超過 85% 的人(超過九萬人)同意，這些人也同時是 Genome FIRST Return of Results 計畫的參與者。Regeneron 會付所有定序的費用，最為交換，他們可以用這些結果來做疾病分析，而經由這個計畫，也可以估測全基因體定序用在疾病預防上是否能夠省下未來的醫療費用。

這個計畫的緣由是什麼，又為什麼會辦在賓州呢？十八世紀早期的時候，賓州的東北部開始了採鐵和煤炭等礦業，到十九世紀中期，這兩個礦業變成了這個地區的經濟命脈。1915 年的時候正值傷寒(typhoid)爆發，採鐵產業中的鉅豪 George Geisinger 的妻子 Abigail 在他去世後，用他留下來的財產開了一間醫院 Geisinger Hospital，在接下來的幾十年，Geisinger 成為這個地區主要的醫療提供者，旗下包括了十三家醫院和兩個醫學研究中心。2001 年的時候，Geisinger 吸引了幾位學者和醫生來到賓州，因為 Geisinger 早在 1990 年就開始電子化醫療記錄(electronic health record, EHR)，加上它龐大的醫療系統和這個地區穩定的人口(集合了祖孫三代的醫療記錄，共約三百萬位病患)，很適合用來做基因分析和疾病追蹤。2007 年的時候，MyCode 計畫開始第一批病患的基因定序，那時病患只同意 Geisinger 分析他們的 DNA，Geisinger 也不會告知病患的定序結果。2013 年的時候，GenomeFIRST 計畫啟動，病患可以決定是否讓 Geisinger 告知定序結果，並由醫生解釋。2014 年的時候，Geisinger 開始和 Regeneron 合作，Regeneron 免費幫忙做定序，同時也把結果和病患的病史做連結，用以深入分析基因和疾病的關係。分析結果一出來，便會立即送到醫生手中，並附在病患的病歷裡。在醫生收到結果後一個禮拜，病患也會收到通知，請他們打給醫院，由醫院的人員解釋。醫院也會建議病患做家族史的診斷，然後請他們和醫生做進一步的討論。

2016 年的時候，Geisinger 和 Regeneron 合作的 DiscovEHR 計畫結果發表在 Science，五萬多位參與者為 GHS 系統裡的病患，也就是 MyCode Community Health Initiative 計畫裡的參與者，他們平均有十四年的 EHR 病歷記錄，因此定序結果可以直接和其病史做比對。分析結果顯示平均每個人有 21 個罕見的 LoF (loss-of-function)基因變異，這些 LoFs 的變異中有 43% 是 frameshift indel 造成的。參與者中有 3.5% 的基因變異達到問診的標準，而當查閱這些人的 EHR 時，發現有 65% 的確有看診記錄，顯示了定序結果和疾病表徵是相呼應的，例如被發現有 CSF2RB (colony-stimulating factor receptor 2β)基因變異的患者有長期咳嗽和非結核性分枝桿菌感染(pulmonary mycobacterial infection)的症狀，或是帶有 APOB (apolipoprotein B)基因變異的病患，其低密度膽固醇 LDL-C (low-density lipoprotein cholesterol)和甘油三酯(triglyceride)比較低，表示有肝細胞受損(hepatocyte injury)的狀況。

這個計畫到目前的結果和之前的 Human Knockout Project 差不多，定序出來的基因變異都可以對應到參加者顯示出來的病徵。這兩個計畫的目的除了用來幫助藥物研發和醫療研究外，也希望能更深入做到個人化醫療或精準醫療。另外，這些結合也可用在預防性治療，當你知道帶有某種可能治病的基因變異後，簡單點的可以藉由改變生活或飲食習慣達到預防的效果，也可以必免未來龐大的醫療費用，就像家族有糖尿病史的會在飲食上注意一樣。不過，目前的全基因體定序成本仍是不低，不是每個人都負擔得起，但如果列入基本醫療項目內的話，真的能為國家省到錢嗎？還有，這種預防性治療能有多少效果？（我是就算有 BRCA1 也不會先去做手術拿掉的那種，但如果是改變飲食可能可以避免疾病的話，我會改變生活和飲食習慣。）除此之外，還有隱私和醫療保險等等的問題需要考慮和討論。我個人認為如果可以降到兩百加幣以內的話，我願意自付，但要變成健保項目之一的話，我覺得沒那個必要。



延伸閱讀：

除了人類基因體計畫，還有另一種：Human Knockout Project

商業化的基因服務


Articles:

Geisinger Caring / MyCode Community Health Initiative hits another milestone; 150,000 signed up to largest health system sequencing project (June 2017)

Science / Is health care ready for routine DNA screening? A massive new trial will find out (2017)


Papers:

The Geisinger MyCode community health initiative: an electronic health record–linked biobank for precision medicine research. Genetics in Medicine (2016)

FE Dewey et al, Distribution and clinical impact of functional variants in 50,726 whole-exome sequences from the DiscovEHR study. Science (2016)

除了人類基因體計畫，還有另一種：Human Knockout Project

做研究常常需要用到 KO (knock-out) mice 來確認目標蛋白質的重要性，或是主要功能是什麼。不過呢，人和老鼠還是有差別，我們可以把老鼠的某個基因 KO，但無法把人類的基因 KO。如果我們無法 KO 人類的基因，那總可以找本來就沒有某些基因的人來研究吧？

雖說近親繁殖會使隱性的突變和疾病顯現出來，例如某 A 帶的一對基因一個是正常的(X)，一個是突變沒功能的(x)，那他帶的這個基因就是 Xx。因為突變而喪失功能叫 loss-of-function (LoF)，假設某 B 是近親因此也有同樣的情形 (Xx)，兩個人通婚後生的小孩就會有 25% 的機會是 xx，也就是身體裡沒有正常功能的蛋白質 X，等於是人類的 X 基因 KO。這種近親通婚的情況目前在帕基斯坦還存在，他們常常會和自己的表親通婚，於是會出現讓隱性突變顯性表現出來的情形。然而，很多人即使因為這個情形而喪失了某些基因，但還是活得很健康，這表示這個基因不重要嗎？這些看似不重要的基因也許可以為藥物研發帶來什麼意義。

2000 年的時候，Daniel MacArthur 開始找人類沒有也不會有事的基因。那年他還是 Dr. Kathryn North 實驗室的大學生。Dr. North 是澳洲雪梨大學的教授，之前發現一對兄弟的 muscular dystrophy (MD) 早發症狀(early-onset)可能是因為 ACTN3 出問題，不過當他們確認了父母肌肉裡的蛋白表現時，發現並沒有正常的 ACTN3 蛋白，但是父母本身是健康的，表示兄弟倆的 MD 症狀並非是缺少 ACTN3 蛋白的緣故（他們後來也發現是另一個基因突變造成的）[1]。於是呢，Dr. North 便開始想找出有什麼基因是看似重要，但沒有也可以存活的，也許我們缺少了那個基因非但無害，反而還有好處，他把這個計畫叫做 Human Knockout Project。為 1000 Genomes Project [註] 的一部份，分析了 185 位的基因體，MacArthur 和同事發現健康的人平均有一百種 LoF variants 和二十個完全喪失功能的基因突變 [1, 8]。

健康人的 LoF variants 通常是這幾種情形 [8]：
- 兩個 alleles 只有一個有問題(heterogenous)，而有問題的那個雖然造成嚴重疾病，但因為是 recessive 所以(病徵)不會表現出來。
- 有問題的 alleles 雖然沒那麼嚴重，但也不至於造成疾病。
- 那個基因是多餘的(redundant)，也就是說有其他的基因可以取代它的功能。
- 不會影響基因的功能

2014 年的時候，MacArthur 和耶魯大學的 van Heel，還有英國倫敦大學(University of London)的 Richard Trembath 計畫花四年定序住在英國的倫敦東區的 25,000 位巴基斯坦裔英國人的基因，這些人的父母很多都是一等親(表親)通婚。2015 年的時候，他們開始這項計畫，Sanger Institute 也答應幫他們定序，預計 2017 年年底可以完成 [2]。2016 年的時候，他們把已經定序和分析了的 3222 位巴裔英國人的結果發表在 Science，發現他們真的缺少不少基因，在 821 人裡有 781 個基因共出現 847 種 variants，其中有 575 個 variants 是 LoF。有 38 個人缺少了之前以為很重要的基因，但只有 9 人因為缺少這些基因而生病 [3, 9]。

之後，MIT Broad Institute 的 Dr. Sekar Kathiresan 也做了類似的研究，他們分析了 10,503 位有參與長期心血管疾病和糖尿病研究的巴基斯坦人的基因，結果發表在這個月的 Nature。他們發現這些人的基因中有 1317 個是即便完全喪失功能(fully knock-out)也不會造成需要就醫的情形，有 1843 人至少有一個完全喪失功能的基因(就是兩個 alleles 都 KO)，有兩個人以上是同時有七個喪失功能的基因：PLA2G7 (Lp-PLA2), CYP2F1 (Cytochrome P450 2F1), TREH (Trehalase), A3GALT2 (α1,3-galactosyltransferase 2), NRG4 (neureglin 4), SLC9A3R1, APOC3 [5, 11]。

七個基因中有一個是 PLA2G7，其蛋白是 Lp-PLA2 (lipoprotein associated phospholipase A2)，這是和血塞有關的酵素，之前研究顯示如果血中的 Lp-PLA2 越高的話，心臟病發(heart attack)的機率就越高。GSK 在 2012 年花了三億美金(USD$3B)買下 Human Genome Sciences 研發抑制 Lp-PLA2 的藥物 Darapladib，不過它的兩個大型 phase III 臨床試驗都失敗 [7]。這個研究發現少了一個或一對 Lp-PLA2 基因的巴基斯坦人得到心血管疾病的機率並沒有比較低，也許可以解釋為什麼 Lp-PLA2 inhibitor 會失敗 [5, 11]。

七個基因中還有一個是 APOC3，其蛋白是 ApoC3 (apolipoprotein C3)，它是 chylomicrons, VLDL (very low density lipoprotein) 和 HDL (high-density lipoprotein)裡的其中一個蛋白，會讓肝臟無法吸收富含甘油三酯(triglycerides, TGs)的脂肪粒(TG-rich lipoproteins, TRLs)，使食物中的脂肪無法從體內循環中被清除，使得高血液中的 TRLs 升高。之前研究顯示當血中的 ApoC3 和 TRLs 過高的話，會造成高三酸甘油酯症(hypertriglyceridemia)；而如果抑制 ApoC3 的話，則應該可以促進脂肪代謝。而在這個研究裡，有一整個家庭，包括雙親和九個孩子，全部都缺少 APOC3 基因，即便他們喝了一杯充滿脂肪的奶昔，但血液中的脂肪量卻很少會上升。這個家庭雖然缺少 ApoC3，但身體健康，表示如果用藥物抑制 ApoC-III 來治療應該是安全的 [5, 6, 11]。

另一個跟 ApoC-III 類似情況的是 PCSK9。德州大學 Southwestern Medical Center 的心血管疾病專家 Helen Hobbs 說他和同事之前懷疑過，有些人的壞膽固醇(LDL, low-density lipoprotein)異常的低是因為 PCSK9 喪失功能。他們找到一位個案是 34 歲的女士，她的一對 PCSK9 都因為突變而喪失功能，造成她的 LDL 極低但身體卻是健康的。因為這個研究，藥廠發現可以用藥物抑制 PCSK9 來降低膽固醇 [1]。事實上，PCSK9 inhibtor 已經進入臨床試驗階段，今年三月的時候，結果發表在 NEJM 中 [10]。這個藥物是 Amgen 的 evolocumab (Repatha)，顯示不但可以降低血液中的膽固醇(up to 59%)，也可以在已經服用降膽固醇藥物 statins 的病患身上再降低 20% 因心血管疾病致死的風險 [4]。

註：為 The 1000 Genomes Project Consortium 的計畫，目的是深入了解 genotype (基因)和 phenotype (表現出來的徵狀)的關係， genotype 如何影響 phenotype [12]。其中合作者眾多，有 Baylor College of Medicine, Broad Institute (MIT, Harvard), Illumina, Life Technologies, Roche, Wellcome Trust Sanger Institute, Cold Spring Harbor Laboratory, EBI, Yale, Stanford 等等。

這個計畫下面有三個主要計畫：
1. 從四個族群裡選出 179 人做全基因底定序(low-coverage WGS)
2. 兩代基因定序(high-coverage WGS)，基本為父母和孩子三人的(mother-father-child trios)。
3. 從幾個族群裡選出 679 人做目標性定序(targeted sequencing)



Articles:

1. J Kaiser, The Hunt for Missing Genes. Science (2014)

2. J Kaiser, East London study to explore high disease rates in south Asians (2015)

3. J Kaiser, Human ‘knockouts’ reveal genes we don’t need. Science (2016)

4. H Ledford, Genome-based cholesterol drug boosts heart health. Nature (2017)

5. J Kaiser, Human ‘knockouts’ may reveal why some drugs fail. Science (2017)

6. Science News / Gene knockouts in people provide drug safety, effectiveness clues (2017)

7. Science Daily / New genetic research can significantly improve drug development (2016)


Papers:

8. DG MacArthur et al, A Systematic Survey of Loss-of-Function Variants in Human Protein-Coding Genes. Science (2012)

9. VM Narasimhan et al, Health and population effects of rare gene knockouts in adult humans with related parents. Science (2016)

10. MS Sabatine et al, Evolocumab and Clinical Outcomes in Patients with Cardiovascular Disease. NEJM (2017)

11. D Saleheen et al, Human knockouts and phenotypic analysis in a cohort with a high rate of consanguinity. Nature (2017)

12. The 1000 Genomes Project Consortium, A map of human genome variation from population-scale sequencing. Nature (2010)