这种疗法，真的能“一次治疗，终身治愈”？

来源：中国新闻周刊

研发属于高风险行为

这导致国内上市药企

对基因编辑领域保持观望态度

北京时间12月9日，美国食品药品监督管理局（FDA）宣布批准一款商品名为Casgevy的CRISPR/Cas9基因编辑疗法上市，用于治疗12岁及以上的镰刀型细胞贫血病（SCD）患者，定价220万美元，折合人民币超过1500万元。此前11月17日，英国药品和健康产品管理局已批准该疗法上市，Casgevy也是全球首个获批的基因编辑疗法。理论上，CRISPR/Cas9基因编辑体系能让科学家精准地对人类DNA进行改造，一劳永逸地抵御基因性疾病。

相比Casgevy在国外的火热，清华大学药学院创始院长、全球健康药物研发中心主任丁胜向《中国新闻周刊》分析，目前国内非上市药企是入局基因编辑疗法的主力，而上市药企观望居多。国内基因编辑疗法的研发尚处于临床早期，离获批上市还有一段距离。

基因编辑疗法是如何起作用的？

美国FDA今年6月宣布接受Casgevy的生物制品许可申请，到12月获批仅用时6个月。根据1996年修订的美国联邦《食品、药品、化妆品法案》，新药上市的标准评审时间为10个月，可见FDA对其启用了优先、快速审评。上海科技大学生命科学与技术学院教授、基因编辑中心主任陈佳告诉《中国新闻周刊》，这与Casgevy的核心技术体系CRISPR/Cas9的革命性是分不开的。

陈佳表示，CRISPR/Cas9是当前最主流的基因编辑体系。该技术又称“基因剪刀”，于2012年由法国科学家埃马纽尔·夏彭蒂耶和美国科学家詹妮弗·杜德纳在《科学》杂志上首次提出。2020年，二人因CRISPR/Cas9的广阔应用潜力，共同获得当年的诺贝尔化学奖。此次Casgevy的许可申请由美国福泰制药与瑞士基因编辑公司CRISPRTherapeutics联合提出，后者的创始人正是夏彭蒂耶。

CRISPR/Cas9体系存在于原核生物的细胞中，原核生物主要指细菌。陈佳介绍，CRISPR/Cas9体系在体外能定点对DNA进行剪切，在活细胞中有修改基因的能力。CRISPR是细菌DNA里特殊的一段。某些细菌遭到病毒入侵后，能够把病毒基因的一小段存储为CRISPR。病毒再次入侵时，细菌能根据这段“记忆”识别病毒，用Cas蛋白将病毒的DNA切断。Cas蛋白是一种核酸酶，能够对目标基因位点进行剪切编辑，相当于“剪刀”。目前最常用的Cas蛋白为Cas9。

FDA官网显示，Casgevy的适应证包括SCD和β-地中海贫血症（TDT）。其在英国获批时申报的适应证包括SCD和TDT两项，而此次FDA审批的适应证仅有SCD，针对TDT的上市获批时间预计为明年3月。美国伦斯勒理工学院化学生物学博士、正序（上海）生物科技有限公司CEO牟晓盾向《中国新闻周刊》介绍，SCD和TDT的病因类似，都是遗传性血红蛋白病。其中SCD患者的血红蛋白变得容易粘连，使得红细胞从正常的扁圆形转变成镰刀状。这些镰状红细胞僵硬、变形性差，会堵塞血管造成疼痛，严重时产生血栓，威胁患者生命。SCD主要发病群体在非洲。TDT则是由于血红蛋白合成障碍导致的溶血性贫血，患者极度依赖输血。

北京师范大学中国公益研究院2021年发布的《中国地中海贫血蓝皮书》显示，TDT在国内南方省份发病率较高，是出生缺陷防治重点疾病。2020年，全球TDT基因携带者约3.45亿人，中国携带者约3000万人，中、重度患者人数总计约30万，并正以每年约10%的速度递增。今年11月，国家卫健委印发通知，在广东、广西等10个省份组建全国TDT防控协作网，继续推进TDT的免费产前筛查，降低重症TDT患儿的出生概率。

牟晓盾称，传统的TDT治疗手段为输血，患者长期依赖输血，可能会面临血源紧张和中断等问题。想要根治则需诉诸造血干细胞移植，也就是将具有正常血红蛋白基因功能的干细胞移植到患者体内，以补偿血红蛋白的表达，理论上可实现永久性治疗。但移植疗法依赖血液配型，存在配型成功率低、等待时间长、年龄限制等问题。如今，Casgevy的获批提供了全新的治疗策略，能帮助患者摆脱输血依赖，实现“一次治疗，终身治愈”。

CRISPR/Cas9体系究竟在治疗中发挥了什么作用？丁胜介绍，胎儿血红蛋白是人体内健康的、可以正常携带氧气的血红蛋白，但其只会在胎儿发育过程中产生，胎儿出生后，它的表达通道就被关闭了。研究显示，该表达通道被人类染色体上的BCL11A基因所抑制，当这一基因突变失去活性后，抑制失效，通道打开，人体又能制造胎儿血红蛋白了。对健康人群来说，出生前供氧依靠的是胎儿血红蛋白，出生后则依靠成人血红蛋白。SCD和TDT患者的成人血红蛋白有基因缺陷，直接编辑相应基因又难以实现。因此，可以借助CRISPR/Cas9对患者造血干细胞的BCL11A基因进行切割，模拟上述突变，相当于“松开了胎儿血红蛋白的刹车”。

2021年，《新英格兰医学杂志》发文展示了第一批接受CRISPR/Cas9体系治疗患者的结果。其中一位患者在接受治疗6个月内，胎儿血红蛋白在红细胞中的比例从治疗前的10.1%升至99.7%，并且能维持18个月。另一位患者的这一比例则在5个月升至99.9%，到第15个月还能维持近100%。这意味着在长期随访中，患者体内能检测到高水平的胎儿血红蛋白，不再需要接受输血治疗。Casgevy获批当日，福泰制药公布了一项针对SCD的临床试验，29名接受了Casgevy治疗的长期随访患者中，有28人在治疗后至少一年内没有SCD相关的严重疼痛症状出现。在当日福泰制药公布的另一项针对TDT的临床研究中，42例长期随访患者中有39例在治疗后至少一年内不需要输血，其余3人的输血需求减少了70%以上。

今年3月召开的第三届人类基因组编辑国际峰会上，首位接受Casgevy治疗的SCD患者维多利亚·格雷发表了讲话。她称自己在接受治疗前，需要不时到医院接受输血、使用强效止痛药等，难以维持正常工作和生活。接受治疗近一年后，她没有做过输血治疗，疼痛几乎消失。她今年的骨髓细胞活检显示，超过80%的造血干细胞产生了预期的遗传变化，证明了基因编辑治疗的长期有效性。

在陈佳看来，基因编辑治疗区别于普通基因治疗，后者是一种替代疗法。替代疗法的思路是，针对异常突变的基因，使用病毒载体向细胞里递送一段没有突变的基因，代替原本的基因发挥功能，也就是“缺啥补啥”。基因治疗中常用的病毒载体是腺相关病毒（AAV），目前FDA批准的基于AAV的基因疗法已有两项，分别用于治疗遗传性视网膜疾病和脊髓性肌萎缩症。

牟晓盾指出，替代疗法有三个明显的缺陷。一是病毒递送进去的“替补基因”编码蛋白的能力不是永久的，失效时间长则两三年，短则半年；二是病毒递送的方法和病毒感染细胞相似，都是随机插入细胞的DNA中，已被证实会产生副作用；三是人体会对病毒载体产生抗药性，失效后的二次治疗效果通常不理想，因此替代疗法既不能终身治愈，也不能重复治疗。

而基因编辑是在人体细胞DNA上进行修改而不是替代。牟晓盾解释，基因编辑疗法递送给细胞的不是外部合成的基因，也不一定需要病毒载体，而是CRISPR/Cas9这样的基因编辑器。CRISPR/Cas9可以进入细胞内部对目标基因定点编辑，放弃了短寿的“替补基因”。编辑好的基因永远存留在细胞内，因此，基因编辑可以做到终身治愈。此外，Cas9蛋白能在48～72小时内于细胞中自然降解，不会像插入DNA中的病毒一样留下安全隐患。

CRISPR/Cas9并非万能

但CRISPR/Cas9体系的安全性同样值得关注。陈佳指出，Cas9作为“基因剪刀”，每一次编辑都会造成细胞DNA双链的断裂。DNA断裂将触发细胞的凋亡机制，细胞可能出现大量死亡。

“这本来是好事。”牟晓盾解释，细胞凋亡其实是对人体的保护，是清除遗传物质异常的细胞的一种机制。但同时，经过Cas9剪切还能存活下来的细胞，很有可能是凋亡机制出问题的细胞，这些“不死”的细胞将面临着演化成癌细胞的风险。因此，CRISPR/Cas9相当于对人体细胞进行了一次逆向筛选，把危险细胞留下来了。陈佳称这一过程为“劣币驱逐良币”。

牟晓盾指出，虽然FDA在审批文件中提到不要让完美主义来阻挡科技的发展，但必须承认CRISPR/Cas9体系可能对患者的长期健康造成负面影响。因此，目前所有的基因类药物和疗法，不管是基因治疗还是基因编辑治疗，FDA都建议要观察随访15年以上。基于CRISPR/Cas9体系的基因编辑疗法的安全性还有待更长期的随访研究。

今年9月，《新英格兰医学杂志》报道了一位杜氏肌营养不良症患者在接受CRISPR/Cas9体内基因编辑治疗后死亡的案例，研究显示死因是该患者对高剂量的AAV载体产生了严重的免疫反应。

牟晓盾指出，基因编辑分为体外编辑和体内编辑两种，前者是指取出患者细胞在体外进行编辑后再回输体内，Casgevy即为体外编辑疗法，后者是指通过注射等方法递送基因编辑系统至目标器官进行编辑。目前，体内编辑的主要递送载体还是病毒，因此，CRISPR/Cas9体系还无法完全摆脱病毒递送的副作用。

另一影响安全性的因素是CRISPR/Cas9体系的脱靶率。FDA官网显示，在Casgevy获批上市前，FDA曾召集专家委员会讨论Casgevy潜在的脱靶问题，最终专家组以全票支持，认为两家申请公司已做出了充足的脱靶效应分析，但依然建议对接受治疗的患者执行长期随访。

牟晓盾将脱靶比喻为“导航失误”。在普通基因治疗中，基因递送的准确性主要依赖于病毒载体，基因是车，病毒就是导航。很多时候导航不够精确，可能将基因送去了别的器官，也即脱靶。陈佳进一步指出，基因编辑中的脱靶存在两个层面，一是上述递送工具的脱靶。递送脱靶可能将本应递送到肝的编辑器递送到了脾，一般不会造成安全性问题，只会影响编辑效率，使得针对肝脏的疗效会下降。

另一个层面是编辑器脱靶。陈佳称，编辑器脱靶更像是编辑器自己“业务不精”，在细胞内编辑目标基因时，同时编辑了非目标基因。假设目标器官为肝，编辑器因递送脱靶到脾后，如果自身还存在编辑脱靶，很可能引发难以预料的健康问题。牟晓盾指出，CRISPR/Cas9体系目前依然存在编辑脱靶问题。对于一个基因编辑位点，它在整个细胞基因组中可能存在上千个相似的位点，相似度达到75%以上就会被同时编辑。这也为该技术的安全性埋下了隐患。

虽然CRISPR/Cas9体系能做到终身治愈，其治愈过程却常常令患者感到痛苦。陈佳介绍说，在确定病因例如TDT后，患者首先要进行造血干细胞的动员。造血干细胞平时只住在脊髓里，在注射动员剂后，一部分造血干细胞从骨髓进入血液循环，就可以通过静脉采血获得造血干细胞样本，进行体外编辑。患者在接受编辑好的造血干细胞移植前还需进行清髓，即通过药物将骨髓里残留的造血干细胞杀死，为健康细胞腾出位置。

由于清髓需要使用化疗药物，患者在此阶段会经历一定副作用，例如免疫力降低、器官疼痛等。陈佳称，这种疼痛有时非常严重，老年患者或已有器官受损的患者可能无法忍受。另外考虑到前述细胞凋亡机制，CRISPR/Cas9体系要求采集的干细胞数量非常多，才能达到一定数量的有效编辑，有些患者的身体状况可能负担不起。

在陈佳看来，要规避体外编辑在治疗中对患者造成的痛苦，就必须在体内编辑的递送方面下功夫。如果体内编辑能有革命性突破，基因编辑能应用到更多的疾病治疗。体内编辑的技术国内外均有研发，目前，这类递送主要集中在肝脏，肝外器官的精准体内编辑还较难实现。

除了递送方式，编辑器的设计和迭代也是基因编辑疗法未来努力的方向。陈佳指出，目前所有编辑器都没能实现长片段的DNA的原位替换或修正。一般来说，500至1000个碱基以上就属于长片段，而当前很少有能编辑长度超过100个碱基片段的编辑器。碱基是DNA的基本组成单位。如果能做到精准递送、长片段递送，将极大拓展基因编辑疗法的适应证范围。

丁胜表示，国际上的基因编辑疗法除了Casgevy外，其它多处在临床早期阶段，离获批也许还有数年时间。他认为，Casgevy仅把CRISPR/Cas体系用于体外编辑，本质上还是一种细胞疗法，其编辑方法成熟，容易实现，但无法精确到单独的碱基编辑。DNA双链切断后的自动修复过程也不完全可控，可能存在双链接错等一系列问题。精准基因编辑体系，特别是体内编辑体系还处于早期研发阶段，离上市还有很长距离。

国内基因编辑疗法为何缺席？

在基因编辑领域，国内虽然已有50余家公司涉足，但其中依然以初创公司为主，还未登陆资本市场，研发也多在临床早期，如博雅辑因、邦耀生物、本导基因等。例如博雅辑因生物科技有限公司研发了基于CRISPR/Cas9体系的TDT基因编辑疗法ET-01，是中国首个获国家药监局批准开展临床试验的基因编辑疗法，已于去年11月完成I期临床试验。其余多家非上市药企都有基因编辑疗法在临床早期阶段酝酿。与此同时，上市药企在该领域却集体缺席。

在陈佳看来，这并不意味着国内技术水平的落后，甚至在一些细分领域国内还能反超国外。2015年，中山大学生命科学学院黄军就团队发表了全球第一篇使用CRISPR/Cas9技术对TDT治疗成果的文章。今年5月，陈佳团队在国际期刊《自然-细胞生物学》上发表了其构建的新型碱基编辑系统，可以实现单个碱基的精准编辑。今年11月，正序生物与合作研究团队在《细胞干细胞》杂志发表了一种基于变形式碱基编辑器（tBE）的TDT治疗新策略。tBE已通过国际专利申请统一程序，在中、美、澳大利亚等15个国家和地区获得专利授权，这在国内自研碱基编辑工具中尚属首次。

牟晓盾指出，目前国内在研的基因编辑疗法基本上都是Casgevy的迭代，核心工具都是CRISPR/Cas9。有的产品可能在基因编辑位点上做出了优化，但CRISPR/Cas9本身的技术短板很难解决。tBE体系的优势在于其完全消除了编辑脱靶，摒弃了病毒递送，单碱基编辑也避免了“基因剪刀”造成的DNA双链断裂，整体安全性优于CRISPR/Cas9。牟晓盾透露，该疗法的上述优势已在细胞、器官、动物和人体内得到验证，明年1月将向国家药监局申请开展I期临床试验。

丁胜表示，目前，国内的监管审评体系已与国际标准接轨。在国家药监局、卫健委和科技部等多部门的监管体制下，人体干细胞、基因诊断与治疗等技术开发和使用的风险完全可控。牟晓盾称，安全合规永远是企业应守住的底线，企业希望跟审评机构的专家一起，按照符合国家和全球的制药标准的方式推进审批进程。但相比FDA，国内审评资源偏少，专家工作繁重。

相比监管，伦理审查则更为严格。2018年，南方科技大学生物系原副教授贺建奎因“基因编辑婴儿”事件，招致国内外广泛批评，贺建奎也在2019年因非法行医罪获刑三年。《中国新闻周刊》了解到，这一事件后，国内基因编辑相关研究的临床试验被大规模叫停，两年后才陆续重启。

丁胜提醒，目前国内外关于基因编辑的伦理边界划分是一致的，任何可遗传的人类基因编辑都不允许进入临床应用。贺建奎事件涉及胚胎的编辑，显然触犯红线。但Casgevy只涉及造血干细胞的编辑，其编辑后的性状是不会遗传。牟晓盾称，药企在与医院进行临床试验合作时，医院会有伦理委员会对试验的伦理风险进行审核。总体来说，伦理审查和监管审评一样，有据可依，只要不触犯红线，还是比较顺利的。

陈佳指出，上市药企缺席的主要原因依然是风险和收益的老问题。在前沿科技领域，研发属于高风险行为，这导致国内上市药企对基因编辑领域保持观望态度。丁胜表示，跟普通药物相比，个体化的基因编辑治疗前期研发门槛高，基因的设计、优化和载体选择都存在试错过程，每一个基因编辑后的细胞药物都需要质检，才能保证安全。这就导致此类药品难以批量化生产，成本居高不下。天价基因编辑疗法的背后是极其烧钱的创新过程和极高的沉没成本，这对于依赖融资的非上市药企来说存在不小风险。

作者：周游（nolan.y.zhou@gmail.com）

编辑：杜玮

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