基因治疗何时实现、基因治疗最新突破

基因治疗1.0时代：螺旋式前进

1953年，沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构，开创了分子生物学时代。

1963年，即DNA双螺旋结构发表10年后，Joshua Lederberg提出了基因交换和基因优化的概念。

1972年，西奥多·弗里德曼（Theodore Friedman）假设基因疗法是否可以用于治疗人类疾病。

1984年，Cepko CL成功设计了逆转录病毒载体系统，可以有效地将外源基因插入哺乳动物染色体中。

1990年9月14日，美国国立卫生研究院（NIH）批准了第一个基因治疗的临床研究。四岁的Ashanti DeSilva 是第一个因腺苷脱氨酶缺乏引起的严重联合免疫缺陷(ADA-) 接受治疗的人。 SCID）基因治疗。此后，全球约4000名患者参与了500多个基因治疗临床试验项目。

1999年9月13日，18岁的杰西·基辛格因腺病毒载体基因治疗引起的多器官衰竭去世。主要原因是免疫系统对腺病毒载体反应过度。 FDA 已暂停大部分临床试验，并重新评估基因治疗的伦理和技术。

杰西·基辛格的去世结束了基因治疗领域疯狂的大跃进时代。资本世界的寒冬迫使研究人员放弃商业诱惑，回归学术和理性。

2006年8月，美国杂志《科学》披露，基因疗法成功治疗了两名患者的转移性黑色素瘤，基因疗法开始逐渐摆脱困境。

基因治疗2.0时代：元年开始

基因治疗1.0时代治疗失败的原因有两个。一是引入的重组基因进入了基因组中的错误位置，从而激活了癌基因。另一种是载体病毒引起患者免疫系统过度反应，导致多器官衰竭。和脑死亡。

在基因治疗2.0时代，研究人员利用新型高效病毒将新的重组基因输送到细胞中，从而克服了1.0时代的许多问题。主要包括两类基因治疗，以治疗LPLD的Glybera腺相关病毒载体（AAV）和治疗SCID的Strimvelis逆转录病毒（Retrovirus）或慢病毒（Lentivirus）载体为代表。所谓成功是病毒，失败也是病毒。

2012年

10月，EMA批准uniQure的Glybera上市授权，成为欧盟历史上第一个获批的基因治疗药物。它用于脂蛋白脂肪酶缺乏症（LPLD）成年患者的基因治疗。尽管Glybera的治疗费用高达100万美元+，但Glybera的上市却开启了基因药物治疗的春天。

2013年

11月，美国FDA正式发布《在研细胞与基因治疗产品临床前评估指南》（工业指南：研究细胞和基因治疗产品临床前评估），取代了1998年的《人体细胞疗法与基因治疗指南》（工业指南：人类体细胞治疗和基因治疗指南）。

2016年

今年5月，EMA批准上市Strimvelis，这是一种由葛兰素史克、其意大利合作伙伴Telethon和OSR联合开发的基因疗法，用于治疗腺苷脱氨酶缺乏引起的严重联合免疫缺陷（ADA-SCID）。《麻省理工科技评论》（麻省理工科技评论）报道称，Strimvelis一次性疗法的价格为66.5万美元，为一次性终身治愈，并承诺无效退款。

2017年

2月，《MITTechnology Review》公布了“2017年全球十大突破性技术”名单，其中：基因治疗2.0。 Glybera和Strimvelis的获批，标志着基因治疗在经历了50年的曲折发展后，终于迎来了21世纪第二个十年的春天。基因治疗已成为继化学小分子药物、生物大分子药物之后的第三代治疗方法。药品。

腺相关病毒载体

Glybera由非复制腺相关病毒（AAV载体）和其中包装的LPL重组基因组成。与杀死杰西·基辛格的腺病毒载体不同，AAV 来自细小病毒家族，是迄今为止发现的结构最先进的一类病毒。一种简单的单链DNA 缺陷病毒，在两个反向末端重复序列(ITR) 中编码cap 和rep 基因，它是非致病性的（大多数人携带这种无害的病毒），并且与腺癌有关。病毒相比之下，大多数接受AAV 治疗的人不会产生免疫反应。

重组腺相关病毒载体（rAAV）将AAV中的cap和rep基因替换为目标基因，例如Glybera中的LPL基因（见下图）。 LPL 基因未插入细胞染色体中，而是作为独立DNA 自由浮动。在细胞核中。由于AAV仅含有衣壳蛋白和目的基因，因此具有安全性好、宿主细胞范围广（可感染分裂细胞和非分裂细胞）、免疫原性低、外源基因可在体内长期表达等特点。已成为目前国际上应用最广泛的基因载体。目前进入第三期临床试验，涉及的主要治疗领域包括遗传性视网膜营养不良症、血友病等。

说到AAV，就不得不提到该领域的先驱宾夕法尼亚大学（University of Ontario）。是的，就是与药明康德合作在费城建设一座145,000平方英尺的cGMP工厂的那个。 Penn发明的AAV2.0技术（Glybera是传统的AAV1.0技术）已授权给REGENXBIO（NSDQ：RGNX）进行商业开发。已开发出100多种AAV亚型，约70%处于临床阶段的rAAV项目均采用该技术平台，与REGENXBIO合作的公司包括ADVERUM、AVEGIS、AUDENTES、SHIRE、BIOGEN、DIMENSION、ESTEVE、LYSOGENE、VOYAGER 。目前，Penn公司已发明AAV3.0技术：具有更强的递送能力和效率、更低的免疫原性，更适合基因组编辑，从而靶向干细胞和祖细胞（见下图）。

逆转录病毒/慢病毒载体

据估计，欧洲每年约有15 名患者出现ADA-SCID，美国约有12 名患者，而传统的酶替代疗法需要每周注射一次。 Strimvelis 是第一个离体造血干细胞(HSC) 基因疗法。从患者体内提取并纯化造血干细胞，选择仅表达CD34+的细胞，然后使用含有人腺苷脱氨酶基因（ADA基因）的逆转录病毒GSK2696273。 （MoMLV）转导然后输注到患者体内（CD34+细胞浓度为1-1000万个细胞/ml）。这些细胞在人的骨髓中扎根，复制并产生成熟细胞，并产生正常功能的腺苷脱氨酶蛋白。目前，18 名接受Strimvelis 治疗的ADA-SCID 患者仍然活着。一项关键研究表明，所有接受Strimvelis 治疗的ADA-SCID 儿科患者的3 年生存率均为100%。 Strimvelis 只需注射一次，不依赖第三方捐赠者。不存在排斥反应导致免疫不相容的风险。

逆转录病毒广泛用于癌症和干细胞基因治疗，通过表达质粒转导cDNA 和shRNA。大多数转染质粒来源于MoMLV（莫洛尼鼠白血病病毒）或MSCV（鼠干细胞病毒），其中包括包装基因（Gag-Pol）和包膜基因（ENV）（见下图）。 Gag是一种结构前体蛋白，Pol是一种聚合酶，ENV可以被修饰（不携带表达病毒蛋白的基因），从而改变感染性。长末端重复（LTR）基因的存在，有利于重组基因整合到宿主基因组中。

慢病毒是逆转录病毒的一种。与普通逆转录病毒不同，它可以感染分裂和非分裂哺乳动物细胞。慢病毒的转染需要包装辅助质粒和包膜辅助质粒的存在（见下图）。 VSV-G包膜辅助质粒使慢病毒能够感染更广泛的细胞。目前，慢病毒研究发展迅速，大量利用慢病毒载体的基因药物已进入临床三期，主要涉及白质肾上腺营养不良、地中海贫血、粘多糖缺乏症等的治疗。

基因治疗2.0时代：新星

2014年4月，美国FDA授予Celladon公司的心力衰竭基因疗法MYDICAR“突破性疗法”称号。这是FDA批准的第一个基因疗法。

2014年11月，FDA授予Spark Therapeutics的产品SPK-RPE65“突破性疗法”地位，用于治疗由RPE65基因突变引起的先天性莱伯黑蒙患者的夜盲症。

2015年2月，FDA授予BLUEBIRD的LentiGlobin BB305“突破性疗法”称号，这是一种治疗地中海贫血的基因疗法。

2016年7月，FDA授予辉瑞与Spark联合开发的B型血友病实验新药SPK-9001“突破性疗法”称号。

2016年7月，FDA授予AveXis的新药AVXS-101“突破性疗法”称号，用于治疗I型脊髓性肌萎缩症（SMA）儿科患者。

2017年1月，FDA授予uniQure公司AMT-060治疗B型血友病的“突破性疗法”称号。

2017年2月，FDA授予Tocagen公司“突破性疗法”称号，用于治疗复发性高级别神经胶质瘤的研究疗法Toca 511 Toca FC。

目前，美国市场上还没有真正的基因治疗药物（反义核苷酸等除外）。截至2017年3月，共有13个药物处于临床III期，其中3个位于造血干细胞（HSC）治疗领域。共有1个肝脏基因相关领域、2个视网膜基因治疗领域、4个肿瘤领域、3个神经系统疾病领域（见下表。微信中发送“基因治疗”即可获取Excel版本的下载链接）详细管道）。

基因治疗药物进入III期

注：数据来源为Cortellis。该表不包括反义核苷酸、核酸适体、肿瘤疫苗、CAR-T、溶瘤病毒和干扰RNA。

在基因治疗领域，Spark和Bluebird是当之无愧的两颗明星，分别代表AAV载体技术平台和慢病毒载体技术平台的领导者。

Spark 是AAV 向量的铁杆粉丝（见下图）。其用于治疗视网膜疾病的SPK-RPE65已完成III期临床试验，预计于2017年初向FDA提交生物制品许可申请（BLA），有望成为首家进入该领域的公司。美国市场的基因治疗初创公司。 Spark还有处于临床I/II期的SPK-7001（无脉络膜血症）、SPK-8001（A型血友病）和SPK-9001（B型血友病），均使用AAV病毒作为载体。

Bluebird 是慢病毒载体的大力倡导者（见下图）。用于治疗ALD的Lenti-D和用于治疗-地中海贫血的LentiGlobin均处于III期临床招募阶段。尽管LentiGlobin治疗地中海贫血的初步临床数据并不理想，导致其股价从194美元跌至35美元，但其治疗镰状细胞病的临床试验（NCT02151526）在2017年有了一个良好的开端。 3月2日《New England Journal of Medicine》，该杂志报道，一名患有镰状细胞病两年的法国青少年，在接受LentiGlobin治疗后，能够产生足够的正常血细胞。

同时，蓝鸟还拥有癌症免疫治疗和基因编辑两大技术平台，其中CART治疗药物BB2121已进入临床阶段。

以下是一些基因治疗公司的管线。项目太多，这里就不详细介绍了。

1.独特

2.Gensight

3、VBL

4. 安热斯

5. 果园

6.BioMarin（遵循BMN270）

7. 溶原

8.托卡根

9.regenxbio（AAV2.0技术）

10.Moderna（mRNA技术）

基因治疗2.0时代：大浪淘沙

Cortellis数据库收录关键词“基因疗法”的药物统计结果如下图所示。处于发现阶段的项目多达974个，处于临床阶段的项目有474个，处于上市和注册阶段的项目有18个。

参与上述基因治疗相关项目的公司多达95家（如下表所示），但可以说百家争鸣，良莠不齐。

AAV 载体：

4D分子治疗

阿贝奥纳疗法

阿库塞拉

Adverum生物技术公司

Agilis生物治疗公司

AGTC

Allergan（Retrosense Tx 收购）

奥登特斯治疗公司

埃维西斯

百健公司

生物马林

康比基因

维度疗法

埃斯特夫

自由线疗法

基因通

Gensight生物制剂

全球生物治疗公司

同源药物

霍拉玛

溶菌基因

米罗生物科技

夜星Rx

辉瑞（Bamboo Tx 收购）

瑞金克斯生物

夏尔

固体生物科学

火花疗法

Theragene制药公司

独特的

航海者疗法

慢病毒/逆转录病毒载体：

适应免疫

爱沃比奥

贝利库姆制药公司

蓝鸟生物

卡利免疫

新基公司

细胞生物医学组

Cellectis/辉瑞

塞利亚德

埃迪塔斯医学

EMD雪兰诺

错误的基因治疗

命运疗法

纤维细胞科学

GE医疗生命科学

杰能达科学

葛兰素史克

免疫核心

伊苏莱特

朱诺疗法

风筝制药

最大细胞数

麦迪金

神经免疫

诺华公司

欧佩克萨治疗公司

果园疗法

牛津生物医学公司

Poseida Therapeutics/杨森

火箭制药公司

宝生物

托卡根

尤努姆治疗公司

ZIOPHARM 肿瘤学

腺病毒载体：

血管学（红豆杉

药品）

细胞医学

基因Vec

全球生物治疗

Aevi 基因组医学（原

医学遗传学）

外周基因

雷诺瓦治疗公司

基因组编辑：

百健公司

蓝鸟生物

驯鹿生物科学公司

塞莱提斯

CRISPR疗法

Casebia Therapeutics（拜耳/CRISPR）

埃迪塔斯医学

同源药物

英特尔利亚治疗公司

波塞达治疗公司

精密生物科学

桑加莫疗法

通用电池

启用平台：

阿尔德夫隆

布拉默生物

电池设计实验室

同源生物服务公司

默克密理博

因特雷克森

龙沙

PCT卡拉德留斯

药细胞

综合组学

赛默飞世尔科技

药明康德

据Informa统计，2016年基因治疗相关公司融资总额为28亿美元，较2015年的69亿美元大幅下降。下图为近三年基因治疗和细胞治疗的融资总额。 2016年IPO融资情况如下：Intellia $124.2M，Editas $108.6M，AveXis $9500万，Audentes $85.1M，CRISPR $5600万，GenSight 45.2M，TiGenix $35.7M，MaxCyte $14.2M $8.4M。

与基因治疗元年2015年相比，2016年融资热情的下降，从长远来看，对于基因治疗来说或许并不是一件坏事。基因治疗需要一个从量变到质变的过程！

结论

尽管基因疗法已成功开发用于多种罕见疾病，例如SCID和血友病，但这些罕见疾病具有明显的基因突变。但对于遗传原因复杂的常见疾病，开发相应的基因疗法就比较困难，如阿尔茨海默病、糖尿病和心力衰竭等，不仅涉及多个基因，还会影响同种疾病患者基因疗法的开发。不同患者对应的基因突变并不完全相同。 2015年4月，Celadon宣布其心力衰竭药物Mydicar在一项名为CUPID2的II期临床试验中彻底失败，FKD也暂停了其SCH 721015心力衰竭适应症。

虽然基因治疗之路坎坷，但随着CRISPR/cas基因编辑技术、新型mRNA药物技术以及载体技术的不断完善，相信基因治疗彻底治愈常见疾病将不再是技术问题，但这只是时间问题。

作者：张海龙

参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/Gene_therapy

https://www.technologyreview.com/s/603498/10-breakthrough-technologies-2017-gene-therapy-20/

https://en.wikipedia.org/wiki/Strimvelis

https://en.wikipedia.org/wiki/Alipogene_tiparvovec

https://www.med.upenn.edu/gtp/