CRISPR VS 諾貝爾:終成眷屬

CRISPR/Cas9這項明星技術自2002年問世以來一直備受關注。該技術分別在2012、2013和2015年3次入選Science評選的「世界十大科學突破」，並被媒體評為21世紀最有影響的十大技術之一。

一直以來，CRISPR被認為是諾貝爾奪獎熱門。終於，在2020年的秋天，基因魔剪與諾貝爾也「終成眷屬」。

北京時間2020年10月7日，2020年諾貝爾化學獎授予德國馬克斯·普朗克病原學研究所的馬紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）博士以及美國加州大學伯克利分校的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）博士。

兩名女性科學家因共同發現了CRISPR/Cas9基因編輯（「基因魔剪」）技術而名聲鶴立，為人們在人體和其他動物細胞上實現基因編輯奠定了重要基礎。

近五年內，有超過7500篇CRISPR技術相關文獻發表（見圖3-1），CRISPR技術已經成為目前基因編輯領域最炙手可熱的研究工具。

圖1  2016年至今全球發表CRISPR主題文獻數量

註：*2020年統計截止日期為2020年10月9日。

數據來源：Pubmed

CRISPR技術的發現前前後後經歷了20多年的時間。最開始是在1987年日本學者在K12大腸桿菌的鹼性磷酸酶基因發現了串聯間隔重複序列，隨後發現這種序列在細菌和古細菌的基因組中廣泛存在。

2002年，該技術被Jansen正式命名為CRISPR，中文就是「成簇的規律間隔的短回文重複序列」，而在這個系統中常用到的核酸內切酶為Cas9。

之後經過6年的研究，終於在2005-2008年間證明了這種重複序列與細菌獲得性免疫的關聯。利用這個系統，細菌可以不動聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除，這是細菌特有的免疫系統。

2012年底，Doudna和Charpentier為通訊作者的研究首次在體外系統中構建了CRISPR/Cas9，即可編輯的短RNA介導的DNA核酸內切酶，標誌著CRISPR/Cas9基因編輯技術的問世[1]。

CRISPR/Cas9技術的先驅者們，包括張鋒以及兩位女性科學家珍妮弗·杜德娜（JenniferDoudna）和艾曼紐·夏邦傑（EmmanuelleCharpentier）(如下圖)，他們三位在獲得了眾多榮譽和獎項的同時也獲得了商業上的巨大成功：Editas Medicine，Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics三家公司分別在2016年2月、5月和10月IPO上市。

圖2 張鋒、Doudna和Charpentier

數據來源：藥渡諮詢團隊整理

CRISPR/Cas9 「三大先驅」公司基因治療產品研發進展

CRISPR/Cas9技術問世後，三大先驅針對該技術展開了一場持久的專利之戰。儘管專利之爭紛紛擾擾，但這不會影響CRISPR/Cas9技術商業化的腳步。張鋒、Doudna和Charpentier分別創立了自己的基因編輯公司。

2.1 CRISPRTherapeutics

按照公司成立時間先後排序，首先是Emmanuelle Charpentier作為創始人之一的瑞士藥物研發公司CRISPR Therapeutics。公司於2013年10月成立於瑞士，研究中心在麻薩諸塞州劍橋。2016年9月納斯達克上市，2020年10月市值66.94億美元。2015年該公司與Bayer合作開發基於CRISPR/Cas9技術的突破性療法，以期治癒血友病、失明以及先天性心臟病等疾病。CRISPRTherapeutics最新研發管線見下圖。

圖3  CRISPR Therapeutics最新研發管線

數據來源：公司官網

由上可見，CRISPR Therapeutics研發管線中包含多個基因治療在研產品，其中CTX001、CTX110、CTX120和CTX130已進入臨床研究階段。該公司基因治療產品重點開發適應症包括β-地中海貧血、鐮狀細胞病和腫瘤。研發管線還包含三個CAR-T細胞產品，分別靶向CD19、B-細胞成熟抗原（BCMA），以及B細胞協同刺激分子CD70。

2.2 EditasMedicine

Editas Medicine成立於2013年11月，由張鋒和Doudna博士共同創立，雖然兩位現在已分道揚鑣，Editas隸屬於MIT-哈弗的Broad研究所，2016年2月在納斯達克上市，是最早上市的CRISPR/Cas9技術公司，2020年10月市值19.12億美元。最新研發管線如下圖。

圖4  Editas Medicine最新研發管線

數據來源：公司官網

由上可見，Editas Medicine體內基因治療重點開發適應症是與Allergan合作開發的眼部罕見病，包括伯氏先天性黑蒙症（進入臨床階段的EDIT-101）、Usher’s syndrome（尤塞氏綜合症）和Retinitis Pigmentosa（色素性視網膜炎）。伯氏先天性黑內障是一種出生時或出生後不久出現的罕見的失明或嚴重視力損傷，由幾種不同的基因的突變引起，發病率約為1/3萬。Usher’ssyndrome（尤塞氏綜合症），也叫遺傳性耳聾-色素性視網膜炎症候群，發病率約為2.2/10萬-4.4/10萬。Retinitis Pigmentosa（色素性視網膜炎），是原發於視網膜營養不良的一種遺傳性慢性退行性病變，多累及雙眼，預後不佳，發病率約為5/1000-1/20000[2]。

此外，公司研發管線中還有針對β-地中海貧血、鐮狀細胞病和抗腫瘤的細胞治療產品。

2.3 IntelliaTherapeutics

Intellia Therapeutics公司成立於2014年，Jennifer Doudna是創始人之一。公司於2016年5月納斯達克上市，2020年10月市值13.48億美元。最新研發管線如下。

圖5 Intellia Therapeutics最新研發管線

數據來源：公司官網

如圖所示，Intellia Therapeutics公司研發管線中，體內基因治療重點開發適應症是甲狀腺素運載蛋白澱粉樣變性（Transthyretin amyloidosis，ATTR）和遺傳性血管性水腫（Hereditaryangioedema，HAE）。

Intellia Therapeutics公司研發管線中，體外基因治療產品主要關注鐮狀細胞病和急性髓系白血病以及實體瘤。體外治療產品均為基於CRISPR/Cas9技術的細胞治療產品，包括造血幹細胞治療產品、TCR治療產品和CAR-T治療產品以及其他產品。

除了上述CRISPR/Cas9技術「三大先驅」公司，還有專注於其他基因編輯技術的公司成為該領域主要競爭者。

3.1 SangamoTherapeutics

Sangamo Therapeutics創立於1995年，前稱Sangamo BioSciences，2017年1月改為現用名，總部位於美國加州Richmond，是一家專注於ZEN編輯技術的基因治療公司。其核心技術平臺涉及基因治療、細胞治療、體內基因組編輯和體內基因組調控等四個互補技術平臺。2020年10月公司市值為13.94億美元。目前研發管線見下圖。

圖6  Sangamo Therapeutics最新研發管線

數據來源：Sangamo Therapeutics公司官網，藥渡諮詢整理

如圖所示，Sangamo Therapeutics公司目前在研產品共計17個，其中已有5個產品進入臨床階段。研發管線涉及的治療領域除了血液系統罕見病之外，還包括遺傳代謝疾病，如II型黏多糖症（MPS II）、Fabry disease（法布裡病）和苯丙酮尿症（PKU），中樞神經系統疾病，如多發性硬化（MS）、筋萎縮性側索硬化症（ALS）、額顳葉變性（FTLD）、亨廷頓舞蹈症等，還包括抗腫瘤產品及其他基因治療產品。

2017-2018年間，Sangamo Therapeutics公司與輝瑞和KITE達成合作，分别致力於血友病A及抗腫瘤CAR-T細胞治療產品的開發，為其收入的增長帶來了積極的影響。2017年公司年收入為3656.7萬美元，2018年收入增長率高達133%。此外，Sangamo Therapeutics公司還與賽諾菲（Sanofi）和武田製藥（Takeda）合作，共同開發基因治療產品。

3.2 HorizonDiscovery

Horizon Discovery成立於2007年，是一家總部位於英國劍橋的生物科技公司，於2014年在倫敦股票交易市場上市。2020年10月公司市值為145.65億便士。公司擁有rAAV、CRISPR、ZINC Finger等多項技術專利，可以高效、快速、精確地實現基因或染色體的定點編輯。目前公司的主營業務收入來源於基因編輯相關CRO技術服務。

2017年，Horizon收購了Dharmacon Inc.。作為自定義RNA合成的領導者，Dharmacon公司是RNA幹擾（RNAi）領域的早期參與者，貢獻了幾項關鍵的科學發現和首批商用試劑。此次收購將顯著擴大Horizon業務範圍，使其能夠為客戶提供RNAi幹擾的各方面的解決方案，包括siRNA、慢病毒shRNA、microRNA研究工具、RNAi功能篩選的基因組規模文庫、microRNAs和長鏈非編碼RNA等。

3.3 PoseidaTherapeutics

Poseida Therapeutics成立於2015年，投資方包括Aisling Capital、Longitude Capital、Malin Corporation、Novartis和Perceptive Advisors。公司總部位於美國聖地牙哥。2020年10月公司市值為5.66億。公司最新研發管線見下圖。

圖7  Poseida Therapeutics最新研發管線

數據來源：公司官網

如上圖所示，目前公司研發管線分為兩部分，包括抗腫瘤的CAR-T細胞侯選物，以及用於治療鳥氨酸氨甲醯基轉移酶缺乏症（OTC）和甲基丙二酸血症（MMA）的體內基因治療侯選物。

3.4 PrecisionBioSciences

Precision BioSciences創立於2006年1月，總部位於美國北卡羅來納州Durham，致力於開發新一代基因組編輯技術平臺ARCUS在癌症免疫療法、遺傳疾病和食品領域的應用。2020年10月公司市值為3.62億美元。研發管線如下。

圖8  Precision BioSciences最新研發管線

數據來源：公司官網

如圖所示，公司研發管線中，體外基因治療CAR-T產品重點關注適應症為骨髓瘤和血液系統腫瘤，如非霍奇金淋巴瘤、白血病等。體內基因治療產品重點關注慢性B肝和遺傳性疾病，如家族性高膽固醇血症、脂蛋白脂酶缺乏症和原發性高草酸尿症。

2018年Precision BioSciences和吉利德達成戰略合作協議，將使用Precision公司獨特的ARCUS基因編輯技術平臺，共同研發在體內清除B肝病毒（HBV）的創新基因療法。

3.5 BeamTherapeutics

Beam Therapeutics公司成立於2017年，位於美國德拉瓦州，是首家利用單鹼基編輯技術開發精準基因藥物的生物技術公司，由張鋒教授、David Liu教授以及J. Keith Joung教授三位CRISPR技術領域的「大神級人物」共同創立。公司投資者包括ARCH Venture Partners、Eight Roads Ventures、F-Prime Capital Partners、GV和Redmile Group。

2020年2 月 6 日，Beam Therapeutics 公司股票在華爾街首日交易中大獲成功，作為首家上市的鹼基編輯技術公司，該公司股價較首次公開發行價格就飆升 45%，隨後在首日交易中收於18.75 美元，上漲 10%。目前通過首次公開募股（IPO）發行了 10,588,236 股股票，每股 17 美元，共籌集了 1.8 億美元資金。

公司關注四個領域的發展，分別為基因矯正、基因修飾、基因活化、基因沉默和多基因編碼。最新研發管線見下圖。

圖9  Beam Therapeutics最新研發管線

數據來源：公司官網

由上可知，公司最初建立了自體和異體CAR-T候選物的研發管道，專注於血液惡性腫瘤的治療。公司之後擴展研發管線，開始研發新的基因治療產品，涉及疾病領域包括血液罕見病、肝臟代謝疾病以及中樞神經系統疾病。目前，Beam公司在研產品全部處於臨床前研究階段。

3.6 CasebiaTherapeutics

Casebia Therapeutics成立於2016年，是德國製藥巨頭Bayer和CRISPR Therapeutics的合資企業。Casebia Therapeutics從CRISPR Therapeutics獲得了基因編輯技術，產品涉及血液和眼科等特定疾病領域，並通過Bayer獲得了蛋白質工程技術，以顯著提高CRISPR/Cas9基因編輯平臺的能力。

據最新消息，2019年10月，Bayer公司將Casebia生物技術的全部運營權移交給CRISPR Therapeutics。

目前Casebia官網已與CRISPR Therapeutics合併，無法獲取專屬於Casebia的研發管線。在2019年國際血栓形成和止血學會大會上，Casebia首席科學家Alan Brooks博士報告了一項關於基因編輯方法治療血友病A的研究，該研究採用CRISPR/Cas9技術對小鼠進行基因改造，使其體內穩定表達可滴定的凝血因子VIII，以此實現對血友病a的疾病控制。

3.7 Inscripta

Inscripta成立於2015年，是一家基因編輯技術服務公司，總部位於美國科羅拉多州，致力於創造革命性的基因編輯技術和工具，為人類的食品、燃料和醫療等帶來變革。

2019年12月，公司完成1.25億美元的D輪融資。本輪融資由Paladin Capital Group領投，現有投資者和新投資者JS Capital Management和Oak HC / FT跟投。這筆新資金將用於加速公司革命性的Onyx數字基因組工程平臺的應用擴展和商業化。截止目前，Inscripta公司籌集的資金總額達到2.595億美元。

Inscripta的新一代CRISPR核酸內切酶類，被稱為MADzymes。MADzymes具有識別不同PAM序列、高效切割DNA等特徵。目前，Inscripta已在其核酸酶發現和工程平臺發布了核酸酶MAD7的DNA序列。核酸酶MAD7也是Inscripta的MADzymes家族中發現的第一種酶。

2018年7月，Inscripta首個核酸酶MAD7基因編輯系統獲得美國專利商標局的專利認可，並且被證明在微生物和哺乳動物系統中都是有效的。2018年12月，Inscripta宣布廣泛應用核酸酶MAD7。這一核酸酶是該公司為商業合作夥伴和學術研究人員提供的專有CRISPR酶，沒有前期許可費用和使用該技術時產生新發現的「延伸版稅」。

3.8 Synthego

Synthego成立於2012年，總部設在美國加州矽谷，是一家從事基因編輯技術服務公司，其主要業務是提供基因工程細胞，以及利用CRISP Revolution Kits技術合成RNA系列產品，如GeneKnockout Kit V2。這些產品可用於CRISPR基因編輯和研究設計實驗中，旨在提高基因編輯實驗效率、降低實驗成本。

2018年10月，Synthego公司完成高達1.1億美元的C輪融資，投資方包括Founders Fund、8VC和MenloVentures等。這筆資金將用於公司已有業務的進一步研究和新項目的開發，並將新的服務項目推向市場。但在短期內，該資金將主要用於擴大公司的兩個主營業務領域：一個是創建CRISPR試劑盒，該試劑盒可以根據研究人員和科學家的要求創建不同的基因系，另一個是創建「臨床級」產品，這意味著它們可以用於動物（以及潛在人類）受試者的臨床試驗。

4.1 未來前景

目前，一款藥物的研發需要花很長時間，除了證明有效性之外，還需要確保藥物的安全性，徹底了解藥物的不良反應。而且，藥物的開發及開發流程，均需符合國家的藥品監管政策，這也一定程度上延長了藥物的研發時間。有些藥物研發進程長達數十年。

然而，應用基因編輯技術可以將定製療法更快地推向市場，加速了藥物研發過程。CRISPR技術更加便宜和靈活，它能快速地識別潛在的目標基因，進行高效的臨床前實驗。因為它可以用來「敲除」不同的基因，CRISPR技術為研究人員提供了一種更快、更實惠地研究成千上萬個基因的方式，更便捷的研究哪些基因發生突變或表達異常可能對特定疾病的影響。

目前看來，單基因遺傳疾病是基因療法最為理想的應用領域之一。例如，血液系統的單基因疾病如β-地中海貧血或鐮狀細胞病就是基因治療的理想對象，因為這些疾病能夠在體外進行治療（又稱為離體治療）。患者的血細胞可以被取出，用CRISPR技術對其進行基因編輯之後，將無缺陷的基因引入到這些細胞中，再用化學手段篩選出基因缺陷得到修正的紅細胞，並將這些紅細胞移植回患者體內，達到治療的目的。

總體來說，基因編輯技術應用前景巨大，將在未來的醫藥研發市場中佔據強有力的市場地位。

4.2 局限性

任何一項基因編輯技術都有局限性，不管是技術風險還是使用倫理風險。

CRISPR技術雖有高效、快捷、簡便、成本便宜，且不受物種限制等優點，但其始終有不可預測和不可控的脫靶風險，並且不適用於複雜的基因改造項目。而之前吵得沸沸揚揚的「基因編輯嬰兒」事件，引起了全球基因學界的廣泛關注，再一次把CRISPR技術推上了風口浪尖。雖然案件審判已經結束，但三位已出生的基因編輯嬰兒對人類社會的未來影響是無法估計的。

誠然，基因技術肯定是要向前發展，但是目前它在精準度、效率上仍存在不足，人類距離可控的使用基因編輯技術，還有很長的路要走。

特約作者 | 吳夏

參考文獻：

[1].Who Ownsthe Biggest Biotech Discovery of the Century? (http://www.technologyreview.com/featuredstory/532796/who-owns-the-biggest-biotech-discovery-of-the-century/)

[2].Abigail T Fahim, Stephen P Daiger, and Richard GWeleber. Nonsyndromic Retinitis Pigmentosa Overview[B]. 1993-2020.(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1417/)

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