„Wie sicher ist die Gentherapie der Duchenne-Muskeldystrophie? Weitere Todesfälle in klinischen Studien nach Duchenne-Therapie“

Die bis heute am weitesten entwickelte und am häufigsten angewendete DMD-Gentherapie ist die Genersatztherapie (Abb. 1). Sie ist die einzige kausale Therapie mit dem Potenzial, alle bekannten Mutationen in Patienten mit DMD gleichermaßen zu behandeln. Weil die dystrophincodierende Sequenz zu groß ist, um in einen einzigen Adenoassoziiertes-Virus(AAV)-Vektor verpackt zu werden, werden verkürzte, funktionell aber weitestgehend aktive Mini- und Mikrodystrophinvarianten verwendet [7]. Fünf Gentherapeutika, die sich in ihrem molekularen Aufbau, im Vektordesign oder im Vektorkapsid voneinander unterscheiden, befinden sich in der klinischen Erprobung.

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In ersten Studien konnte die Genersatztherapie eine erfolgreiche Transgenexpression in einem Großteil der Muskelfasern und eine Verbesserung der motorischen Fähigkeiten und Lungenfunktion erzielen [8, 9]. Ob der Genersatz langfristig den Krankheitsverlauf verbessern kann, ist noch ungeklärt, zumal AAV-Vektoren nicht ins Genom integriert werden und daher verloren gehen können.

Delandistrogen Moxeparvovec (SRP-9001), die Minidystrophinvariante von Sarepta Therapeutics (Cambridge, MA, USA), erhielt im Juli 2024 die Zulassung von der US Food and Drug Administration (FDA) für die Behandlung gehfähiger Patienten mit DMD im Alter von 4 Jahren und älter sowie eine bedingte Zulassung für die Behandlung nicht-gehfähiger Patienten. Delandistrogen Moxeparvovec ist damit die erste und bisher einzige zugelassene Duchenne-Genersatztherapie. Allerdings konnte Delandistrogen Moxeparvovec in einer randomisierten, placebokontrollierten Phase-III-Studie (EMBARK, Clinical-Trials.gov Identifier NCT05096221) nach 52 Wochen nur eine geringe Wirksamkeit erreichen und führte in dieser Studie mit gehfähigen DMD-Patienten nicht zu einem signifikanten Anstieg im North-Star-Ambulatory-Assessment(NSAA)-Mobilitätsscore [10]. Die Studie verfehlte also ihren primären Endpunkt, und konnte nur eine leichte Verbesserung in den sekundären Endpunkten erzielen („time to rise“ [TTR] und „10-meter walk test“ [10-MWT]).

Große Hoffnungen für zukünftige Gentherapien basieren auf dem „genome editing“ mit CRISPR/Cas9 (CRISPR/Cas9 „clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9“; [11]). Etwa 1 % der Patienten mit DMD weisen eine Deletion des Promotors und des ersten Exons der muskelspezifischen Dystrophinisoform auf. Bei diesen Patienten wird versucht, durch einen auf dem CRISPR/Cas9-System basierenden artifiziellen Transkriptionsfaktor den weiter aufwärts gelegenen kortikalen Dystrophinpromotor zu aktivieren und in der Folge eine Heraufregulation der Expression der eigentlich neuronalen Dystrophinisoform (Dp427c) zu induzieren [12]. Die kortikale Isoform könnte anschließend die Funktion des fehlenden Muskeldystrophins kompensieren.

Antisense-Oligonukleotide (AON) wie Eteplirsen werden eingesetzt, um den offenen Leserahmen auf Ebene der prä-mRNA durch das gezielte Überspringen eines oder mehrerer Exons wiederherzustellen. Ein dauerhaftes gentherapeutisches „exon skipping“ kann durch Übertragung von AON-Expressionsvektoren erzeugt werden. In einer ersten Phase-I/II-Studie zur Behandlung von Patienten mit DMD und Exon-2-Duplikationen konnten mit dem AON-Vektor die erfolgreiche Synthese eines korrigierten Dystrophins und eine gute Verträglichkeit erzielt werden [13]. Alternativ werden CRISPR/Cas9-basierte Verfahren zum Ausschneiden von Exons auf genomischer Ebene („exon snipping“) entwickelt [14]. Die Methode befindet sich jedoch noch in der präklinischen Testung.

Zur Übertragung der gentherapeutischen Werkzeuge werden AAV-Vektoren verschiedener Serotypen eingesetzt. Um eine körperweite Behandlung möglichst vieler Muskeln einschließlich der Atem- und Herzmuskulatur zu erreichen, werden die Genfähren in sehr hohen Vektordosen (1–3 ⋅ 10¹⁴ „vector genomes“ [vg]/kgKG) verabreicht. Das Nebenwirkungsspektrum der Gentherapeutika ist komplex (Abb. 2), immuntoxische Wirkungen spielen eine zentrale Rolle.

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Im Rahmen der Genersatztherapie wurde studienübergreifend bei 5 Patienten eine ausgeprägte Schwächung der Bulbär- und Atemmuskulatur sowie der proximalen und distalen Gliedmaßen beobachtet, mit Myositis sowie partiell Myokarditis und erhöhten Troponin-I-Spiegeln [15]. Als Ursache konnte eine gegen N‑terminale Domänen des Dystrophintransgens gerichtete Immunreaktion identifiziert werden, die vermutlich durch zytotoxische T‑Zellen vermittelt wurde [16]. Damit übereinstimmend wiesen alle 5 Patienten Deletionen immunogener Epitope auf, sodass das Transgen von ihrem Immunsystem als vermeintlich fremd erkannt wurde. Die Studienprotokolle wurden entsprechend angepasst, um Patienten mit „riskanten“ Genotypen zukünftig auszuschließen. Leider war diese Maßnahme nicht ausreichend, um weitere, zum Teil fatale AAV-Vektor-bedingte Immuntoxizitäten zu verhindern.

Ein erster Todesfall nach DMD-Genersatztherapie wurde Ende 2021 bekannt [17]. Betroffen war ein nicht gehfähiger 16-jähriger Patient nach Behandlung mit 2 ⋅ 10¹⁴ vg/kgKG Fordadistrogen Movaparvovec (PF-06939926, ClinicalTrials.gov Identifier NCT03362502). Der Patient starb 6 Tage nach Behandlung an den Folgen eines kardiogenen Schocks ohne Zeichen einer Thrombozytopenie oder Komplementaktivierung. Auch wenn der genaue Pathomechanismus (bei nicht erfolgter Autopsie) nicht bekannt ist, wird vermutet, dass das Herzversagen durch eine Reaktion des angeborenen Immunsystems gegen das Vektorkapsid im Myokardgewebe ausgelöst wurde [18]. Pfizer gab bekannt, dass die Erkrankung des Patienten zum Zeitpunkt seiner Behandlung weit fortgeschritten war und er bereits Zeichen einer kardialen Vorschädigung gezeigt hatte [19]. Ein zweiter mit Fordadistrogen Movaparvovec behandelter DMD-Patient verstarb 2024 (ClinicalTrials.gov Identifier NCT05429372), ohne dass bisher nähere Angaben zu den Ursachen des fatalen Verlaufs bekannt wurden [20].

Ein weiterer Todesfall ereignete sich bereits im Oktober 2022 im bisher einzigen durchgeführten Behandlungsversuch unter Verwendung des auf den kortikalen Promotor gerichteten CRISPR/Cas9-basierten Transaktivators zur Therapie von Exon-1-Deletionen (ClinicalTrials.gov Identifier NCT05514249; [12]). Unmittelbar nach Applikation der CRISPR-Gentherapie kam es zu ersten Komplikationen in Form von ventrikulären Extrasystolen, Thrombozytopenie nach Komplementaktivierung, einer Perikarditis sowie Anstieg von Interleukin‑6 und -8 [12]. Trotz medikamentöser Intervention mit Eculizumab und Tocilizumab entwickelte der Patient ein akutes Atemnotsyndrom („acute respiratory distress syndrome“ [ARDS]) und verstarb am achten Tag nach Therapiebeginn an multiplem Organversagen. Der Todesfall ließ sich weder auf die CRISPR/Cas9-Technologie noch auf eine gegen das Vektorkapsid oder Cas9 gerichtete adaptive Immunantwort zurückführen. Stattdessen wurde er mit dem Nachweis ungewöhnlich hoher AAV-Vektorkopien (> 100 vg/diploides Genom) in der Lunge des Patienten in Verbindung gebracht. Sehr wahrscheinlich wurde durch die hohe Dosis und veränderte Bioverteilung des Vektors eine starke angeborene Immunantwort ausgelöst, die auf der Grundlage der bereits bestehenden Vorschädigung durch eine rechtsventrikuläre Herzinsuffizienz und Kardiomyopathie zur fatalen akuten kardiopulmonalen Schädigung führte. Aktuell musste auch Sarepta Therapeutics nach Behandlung mit Delandistrogen Moxeparvovec, das bis heute bereits bei > 900 Patienten angewendet wurde, zwei Todesfälle nach akutem Leberversagen bekannt geben [21]. Hier wird eine T-Zell-vermittelte Immunreaktion gegen den AAV-Vektor als Auslöser des akuten Leberversagens vermutet. Bei einem der beiden nicht-gehfähigen Patienten könnte darüber hinaus eine zuvor erworbene CMV-Infektion ursächlich beteiligt sein (Cytomegalievirus [CMV]).

Die kapsidabhängige Aktivierung angeborener und adaptiver Immunantworten ist eine bekannte unerwünschte Begleiterscheinung der gentherapeutischen Anwendung von AAV-Vektoren. Eine Schädigung der Leber ist neben der thrombotischen Mikroangiopathie (TMA) die am häufigsten beobachtete Nebenwirkung [22].

Bei der Gentherapie neuromuskulärer Erkrankungen durch intravenöse Gabe hoch dosierter AAV-Vektoren ist es in der Vergangenheit bereits zu mehreren Todesfällen gekommen. So starben 4 von insgesamt 24 Patienten mit X‑chromosomaler myotubulärer Myopathie („X-linked myotubular myopathy“ [XLMTM]) an den Folgen eines cholestatischen Leberversagens, nachdem sie einen AAV8-Vektor mit einer korrekten Kopie des Myotubularin-1-Gens (MTM-1) erhalten hatten [23]. Darüber hinaus führte die Behandlung der spinalen Muskelatrophie (SMA) mit Onasemnogen Abeparvovec (Zolgensma) zum Tod von 3 Patienten nach akutem Leberversagen bzw. TMA [24, 25] bei > 3700 Behandlungen [26]. Für die Patienten mit XLMTM konnte ein Zusammenhang mit einer hepatobiliären Vorschädigung festgestellt werden [23].

Die DMD-Genersatztherapie unter Verwendung verschiedener Dystrophinvarianten in epitopnaiven Patienten führte zu lebensbedrohlichen Nebenwirkungen durch eine gegen das Transgen gerichtete adaptive Immunreaktion. Darüber hinaus endete die DMD-Gentherapie für 5 der > 1000 behandelten Patienten nach Behandlung mit unterschiedlichen Therapeutika tödlich. In mindestens 2 Fällen wird die Aktivierung einer angeborenen Immunantwort auf die in sehr hohen Dosen gegebene AAV-Genfähre als Auslöser vermutet. Todesursache war eine schwere Schädigung des kardiopulmonalen Systems – im Unterschied zur beobachteten Hepatotoxizität in anderen Todesfällen nach Gentherapie mit hoch dosierten AAV. Ein Zusammenhang mit Vorerkrankungen ist therapieübergreifend wahrscheinlich, sodass Alter und Gesundheitszustand der Patienten eine wichtige Rolle spielen könnten. In Abb. 3 sind die bisherigen Ergebnisse zusammengefasst.

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Die Ex-vivo-Gentherapie sowie neue Zelltherapien und Vektoren könnten den systemischen Einsatz der AAV-Vektoren vermeiden. Aufgrund ihrer eingeschränkten Fähigkeit, die Blut-Endothel-Schranke zu überwinden und effizient in beschädigte Muskeln einzuwandern [14], könnten zellbasierte (Gen‑)Therapeutika aktuell jedoch höchstens in einer adjuvanten Therapie zur Behandlung lokaler, oberflächlicher Muskeln eingesetzt werden. AAV-Vektoren werden daher sehr wahrscheinlich trotz ihrer potenziellen Toxizität bis auf Weiteres die Genfähren der Wahl für die DMD-Gentherapie bleiben. Durch neue immunmodulatorische Behandlungen sowie optimierte Vektoren mit geringerer Immunogenität und höherer Spezifität für Muskelzellen ließe sich ihre Sicherheit zukünftig verbessern. Einen aktuellen Überblick geben ([27, 28] und Abb. 4).

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AAVMYO [29] und MyoAAV [30] bilden eine neue Klasse von AAV9-abgeleiteten Kapsiden, die durch Präsentation eines myotropen Peptids in der hypervariablen Region VIII eine höhere Expression (unter anderem von Mikrodystrophin) in der Skelett- und Herzmuskulatur und im Zwerchfell bei gleichzeitig stark verringerter Transduktion von Hepatozyten erreichen. Aufgrund der stärkeren On-target- und reduzierten Off-target-Aktivität kann die Vektordosis um mindestens eine Log-Stufe verringert werden [30]. Bereits im August 2022 hat Sarepta Therapeutics eine Lizenzvereinbarung zur Verwendung von MyoAAV-Kapsiden in seinem DMD-Gentherapieprogramm getroffen [31]. Eine verbesserte und spezifischere Mikrodystrophinexpression wurde auch von Solid Biosciences (Charlestown, MA, USA) mit seinem firmeneigenen myotropen Kapsid (AAV-SLB101) in DMD^mdx-Mäusen erzielt [32]. Die ersten Patienten im Alter von 5–7 Jahren wurden bereits in einer aktuellen Phase-I/II-Studie (ClinicalTrials.gov Identifier NCT06138639) mit dem optimierten Kapsid behandelt. Weitere sollen bis Jahresende folgen [33].