重磅！全球首个人体基因编辑治疗 I 期结果公布
发布时间：2021-07-17 14:21:13来源：丁香园
本文作者：地猫
6月26日，《新英格兰医学杂志》发表首个人体CRISPR基因编辑治疗I期临床试验结果。
图源：NEJM
该疗法名为NTLA-2001，由美国生物技术公司IntelliaTherapeutics和Regeneron（再生元）联合研发，用于治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR）患者。
研究结果显示，NTLA-2001治疗后，0.1mg/kg剂量组患者血清TTR下降52%，0.3mg/kg剂量组下降87%，两个剂量组患者耐受钧良好，暂未出现严重不良事件和肝脏损害，该疗法显示出良好的有效性和安全性[1]。
此消息一出，很快引起广泛关注，医疗界不乏溢美之词，嗅觉一向灵敏的资本市场也快速反应，研发公司的股价相应大涨了一波。
应用基因编辑技术治疗人类遗传病的梦想，就要照进现实了吗？
为什么可以用CRISPR治疗ATTR？
ATTR是一种罕见却足以致命的疾病，其发病机制与转胸腺素（TTR）基因异常有关。
正常的TTR蛋白主要在肝脏中合成，在正常生理条件下，TTR蛋白以同源四聚体形式存在于外周血中，是甲状腺素和视黄醇结合蛋白的转运蛋白。
TTR基因异常导致TTR四聚体解离成低构象稳定性的非天然单体，随后单体发生错误折叠，形成淀粉样蛋白，进而聚集形成不溶性淀粉样蛋白原纤维，在外周神经系统、心脏、眼、肾脏、脑膜等组织沉积，导致进行性感觉运动多神经病变和自主神经功能障碍[2]，具体临床表现包括进行性痴呆、共济失调、癫痫发作等。未经治疗的患者平均寿命只有短短10年，在此期间，患者的神经功能还会逐年恶化，最后因心脏受累而死[3]。
ATTR的发病机制
图源：ClevelandClinic
多年来，ATTR唯一的药物治疗方法是非甾体类抗炎药二氟尼柳。2018年，Onpattro、Tegsedi和Vyndamax三种新药获得FDA批准，但这三种新药并不能治愈ATTR，只能缓解疾病症状，且价格高昂（每年花费约22～45万美元）[4]、必须终身服用，还可能存在肾功能损害和凝血功能减弱等副作用。
唯一可能治愈ATTR的方法是肝移植，它可以消除血液循环中致病性TTR蛋白的主要来源。考虑到患者肝移植后有发生进行性心肌病的风险，患者往往需要进行心肝联合移植，移植费用与风险可见一斑。
在这样的背景下，IntelliaTherapeutics公司的NTLA-2001在今年3月被欧盟委员会（EC）授予孤儿药称号[5]，即罕见病用药。孤儿药资格授予旨在治疗、预防或诊断危及生命或慢性加重的罕见疾病疗法，这些疾病要么没有治疗方法，要么没有令人满意的治疗选择。
其实在ATTR之外，还有两种疾病在这家公司基因治疗体内途径的研发候选名单上：遗传性血管性水肿、血友病[6]，最终ATTR能够率先抢跑，和公司此前的研究进度有关。
2017年，IntelliaTherapeutics研发出脂质纳米颗粒(LNP)递送系统，当时的研究对象正是ATTR，这项技术也成了本次基因治疗的基础。
在进行体内治疗的过程中，脂质纳米颗粒递送系统就像包饺子——脂质纳米颗粒是「饺子皮」，其中包裹着有效的治疗成分「饺子馅」。通过静脉给药，将基因编辑系统安全递送至患者肝脏内，包括识别致病基因的引导RNA（即CRISPR）和编码Cas9酶的RNA，从而特异性敲除肝脏细胞中的TTR基因，阻止错误折叠的TTR产生。
NTLA-2001药物的作用机制
图源：智能疗法公司官网
小鼠研究表明：单次给药后，小鼠血清TTR蛋白水平降低约97%，效果持续一年；小鼠肝脏内约70%目标DNA位点完成编辑[7]。在此基础上，IntelliaTherapeutics开启本次I期临床试验。
该研究计划招募38名成年患者，目前所出的前6名患者的结果显示，NTLA-2001治疗后，0.1mg/kg剂量组患者血清TTR下降52%，0.3mg/kg剂量组下降87%（其中一名患者下降96%），两个剂量组患者耐受钧良好，暂未出现严重不良事件和肝脏损害，表现出良好的有效性和安全性。
目前，该试验将继续增加治疗剂量评估效果，截至6月26日，第3个单递增剂量队列（1mg/kg）患者正在登记中[8]。
「首个」称号背后的专利之争
IntelliaTherapeutics能在竞争激烈基因编辑治疗赛道上拔得头筹，离不开其得天独厚的优势——专利。公司创始人之一道德纳，正是在2012年分离了CRISPR-Cas9并使它在试管中发挥作用、从而获得2020年诺贝尔化学奖的两位科学家之一。
2020诺贝尔化学奖
图源：诺贝尔奖官网
2011年，科学家沙尔庞捷在对化脓性链球菌进行研究期间，发现CRISPR/Cas9作为细菌的免疫系统，可以切割病毒的DNA，从而抵抗病毒入侵。同年，沙尔庞捷开始与道德纳合作，成功在试管中制造出基因剪刀CRISPR/Cas9，并对它进行重新编程，实现在指定位点切割DNA。
随着这一发现在2012年见刊Science，CRISPR领域很快受到世界瞩目，大量科研力量投身这一领域，各种研究成果层出不穷。2020年，两人共同获得诺贝尔化学奖[9]。
虽然道德纳和沙尔庞捷最先发现基因剪刀，首次将基因剪刀应用于哺乳动物的则是华人科学家张锋。打个比方，道德纳和沙尔庞捷最先发现了基因编辑技术这座金矿，而张锋则最先找到了这座金矿中的金子。
道德纳和沙尔庞捷在2012年5月提交「基因剪刀」的专利申请，张锋则于同年12月提交了「基因剪刀在真核细胞中应用」的专利申请。专利提交后有18个月的保密期，双方并不知道此时已出现竞争。
由于张锋在申请专利时支付了70美元的费用进行「加速审查」（加速审查不会改变审查级别，此专利仍会与其他所有潜在相关专利进行比较），美国专利商标局（USPTO）在2014年4月先给张锋颁发了专利。此时，道德纳和沙尔庞捷的专利申请暂未通过审查。
道德纳和沙尔庞捷对此表示不服，认为自己申请的专利已经包括了基因剪刀应用的所有领域，要求美国专利商标局重新裁决。
但美国专利商标局维持了一开始的决定：这是两项独立的发明，张锋可以保留其在真核细胞中使用CRISPR-Cas9的专利。理由是张锋的专利明确指出基因剪刀适用于真核细胞并且提供了具体方法，而道德纳和沙尔庞捷只介绍了基因剪刀在试管中的应用，即使暗示了在真核细胞中的应用，也并不明显。
道德纳和沙尔庞捷选择继续对美国专利委员会的决定提出上诉，但被美国专利审判和上诉委员会(PTAB)驳回。在这场著名的专利案中也是众说纷纭，美国法院支持张锋，欧洲法院却不支持[10]。
专利争夺战后，道德纳、沙尔庞捷和张锋各开了一家公司，均投身于基因编辑领域。
道德纳和张锋的公司都选择向全新的体内途径基因治疗发起挑战，沙尔庞捷的公司则专注于体外基因治疗。
基因治疗可以分为体外途径的体内途径，前者指的是将正常基因通过某种方式导入患者体内，补全患者缺少的基因治疗疾病；后者则是通过敲除患者体内的致病基因治疗疾病。
在基因剪刀技术出现前，体外途径已经有了可行的思路，只不过从前导入基因的载体常是腺病毒等，有了基因剪刀后可将载体改成加装了正常基因的体细胞。而体内途径在基因剪刀技术之前几乎不可能实现——没有基因剪刀，何谈敲除致病基因呢？
基因治疗的体内方式和体外方式
图源：智能疗法公司官网
选择体外途径的沙尔庞捷避开了逐鹿之战，只余道德纳与张锋进行角逐。
张锋的公司在去年3月宣布CRISPR疗法治疗先天性黑蒙症10型（LCA10）的I/II期临床试验中对首位患者给药，在今年6月完成成人中等剂量队列给药，即将进行儿童中等剂量队列和成人高剂量队列的给药，初始临床数据将于今年9月公布[11]。
本文的主角IntelliaTherapeutics——道德纳的公司在去年11月宣布对全球I期临床试验中首位患者给药，今年6月发布前6名患者的实验结果[12]，将「首个临床试验」称号收入囊中后，随后再进行更高剂量组的试验。
从两家公司的试验进度来看，从I期结果到最终上市，究竟最终「首个临床应用」的称号花落谁家，或许还要再等等看。
绕不开的伦理讨论
在基因剪刀一鸣惊人前，基因治疗的发展并非一帆风顺。一起死亡事件，曾让所在研究领域停滞了22年。
1999年，一名患有鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏综合征（OTCD）的18岁男子杰西报名参加了宾夕法尼亚大学的临床试验。OTCD患者由于缺乏鸟氨酸转氨甲酰酶，氨可在血液中积累到致死水平。杰西一直通过低蛋白饮食和大量服药的方法来控制病情，尽管如此，他还是有时会因血氨水平过高而呕吐、昏迷。
彼时，宾夕法尼亚大学的研究人员正在研发一种针对OTCD基因的体外治疗——通过腺病毒携带治疗基因注射到患者体内，治疗基因整合到患者的肝细胞内，产生酶防止氨积聚。在知情同意书中，试验方表示已经将腺病毒无害化处理，而且只有万分之一的概率致患者死亡。
但在患者杰西参加试验的第一天，他就出现了黄疸，血氨迅速升高至393umol/L，高达正常值的十倍，随后，他出现凝血障碍和肾、肝、肺衰竭。
杰西的病情进展超出了所有人的预料，7天后，医生宣布杰西脑死亡[13]。
这是首个直接由基因治疗引起的死亡病例，很快掀起巨大争议。
美国FDA后续调查显示，这项试验中包含大量违规操作。例如，在杰西之前已经有2名患者出现了严重副作用，但研究人员没有立即通知FDA或按要求暂停研究；杰西参加试验前肝功能各项指标极差，根本不符合入组标准；最重要的是知情同意违规，研究人员从来没有告诉杰西此前2名患者出现严重副作用，以及2只猴子在动物实验中死亡的情况[14]。
很快，该基因治疗研究所的临床试验被大批量叫停，该试验的负责人威尔逊则五年内禁止从事任何基因治疗研究。当时，这里正是全球基因治疗的前沿机构，负责人威尔逊更是全球基因治疗领域的领军人物。
自此，基因治疗领域沉寂数年。
直至2016年，宾大的另一个小组提出申请，首次使用CRISPR进行临床试验。在整个听证会上，围绕1999年死亡事件的阴影争论不休，委员会最终同意使用CRISPR进行临床试验，理由是CRISPR与病毒相比更加可控，基因治疗终于得以紧锣密鼓地展开。
在今年五月的美国基因和细胞治疗年会（ASGCT）上，来自加州的公司Ultragenyx汇报了关于11名OTCD患者基因治疗取得成功的临床进展。至此，22年前基因治疗史上最大的悲剧，才终于正式落幕。
随着科学家们不断探索，关于伦理的讨论也未曾停歇。
这里我们需要区分一个概念：基因编辑，可分为体细胞基因编辑（不可遗传）和种系基因编辑（可遗传的）。
本次基因治疗试验则属于前者（体细胞基因编辑），2018年震惊世界的基因编辑婴儿事件属于后者（种系基因编辑）[15]。
当前，各界对体细胞基因编辑普遍持支持态度，因为这种改变只会影响自身健康，而不会影响到后代以及种系基因组。2018年11月，第二人类基因组编辑国际峰会上，与会人员普遍认为体细胞基因编辑对治疗血友病、艾滋病、癌症、阿尔茨海默病等显著有益。
种系基因编辑则极具争议，因为它会导致一系列生物伦理问题，例如基因组发生不良突变、知情同意的获得以及对优生学的争论；也有人认为通过这种方式可以更有效地减少疾病发展的可能性或者增强人类的能力；另有人认为种系基因编辑的收益和风险仍然不够明确，不足以支持种系基因编辑研究继续进行下去[16]，各国法律也不尽相同。
最后，回到本文开头的问题：应用基因编辑技术治疗人类遗传病的梦想，就要照进现实了吗？
不能否认的是，这个案例给全世界都打了一针兴奋剂：「这也许是第一个能治愈这种可致残致死的遗传病的方法。」[17]。
「这是领域的重要节点，这是一个全新的医学时代。」[18]。
当然，需要指出的是，目前试验规模、时间均需要进一步扩大；中长期不良反应同样有待观察。我们应当谨慎，同时也满怀期待。（监制：gyouza）
致谢：本文经北海道大学神经科学硕士、盛诺一家高级医学顾问庄时利和专业审核
题图来源：图虫创意
参考文献：
[1]Gillmore,J.D.,Gane,E.,Taubel,J.,Kao,J.,Fontana,M.,Maitland,M.L.,...&Lebwohl,D.(2021).CRISPR-Cas9InVivoGeneEditingforTransthyretinAmyloidosis.NewEnglandJournalofMedicine.
[2]Sekijima,Y.,Kelly,J.W.,&Ikeda,S.I.(2008).Pathogenesisofandtherapeuticstrategiestoamelioratethetransthyretinamyloidoses.Currentpharmaceuticaldesign,14(30),3219-3230.
[3]https://www.pfizermed.at/verdachtunddiagnose/attr-pn
[4]https://www.fiercepharma.com/marketing/pfizer-s-blockbuster-to-be-vyndaqel-too-costly-for-heart-patients-study-suggests
[5]https://ir.intelliatx.com/news-releases/news-release-details/intellia-therapeutics-investigational-crispr-treatment-ntla-2001
[6]https://www.intelliatx.com/in-vivo-therapies/
[7]https://ir.intelliatx.com/news-releases/news-release-details/intellia-therapeutics-demonstrates-sustained-and-durable-genome
[8]https://ir.intelliatx.com/news-releases/news-release-details/intellia-and-regeneron-announce-landmark-clinical-data-showing
[9]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/
[10]https://www.nature.com/articles/nature.2017.21510
[11]https://ir.editasmedicine.com/news-releases/news-release-details/allergan-and-editas-medicine-announce-dosing-first-patient
[12]https://ir.intelliatx.com/news-releases/news-release-details/intellia-therapeutics-doses-first-patient-landmark-crisprcas9
[13]https://www.sciencehistory.org/distillations/the-death-of-jesse-gelsinger-20-years-later
[14]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1127138/
[15]https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31666967/
[16]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7767219/
[17]https://www.bionews.org.uk/page_157534
[18]https://www.nature.com/articles/d41586-021-01825-y
