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文 | vb動脈網
2020年，在國際上是基因治療光環加持的一年，來自法籍微生物學家Emmanuelle Charpentier博士和美國國家科學院院士Jennifer A. Doudna博士獲得了2020年諾貝爾化學獎，以表彰其在基因編輯方面作出的卓越貢獻。
這兩位女科學家共同發現了Cas9的切割作用和crRNA的定位作用，並將crRNA與tracrRNA可以融合成單鏈引導RNA（sgRNA）。這正是當下最為熱門的CRISPR/Cas9基因編輯技術，被譽為基因技術中迄今為止最厲害的分子工具。
這裡多提一句，Charpentier博士與Doudna博士此前曾與華人科學家張鋒在2014年有過關於CRISPR/Cas9的專利之爭，不過這場爭奪戰以張鋒博士獲勝告終；不過這次Charpentier博士與Doudna博士斬獲2020年諾獎，也是學術界對其二人在基因編輯領域上研究成果的極大肯定。
CRISPR/Cas9隻是基因編輯工具中最常使用到的一把「基因剪刀」，對於整個基因治療行業而言，只有基因編輯工具是遠遠不夠的，還有太多的技術難關需要去攻克，逐步統一才能形成一個完整的基因治療鏈條。
01 什麼是基因治療？
嚴格意義上來說，基因治療是指通過技術手段將正常的外源基因導入靶細胞，在正常基因的作用下，治療因基因缺陷、異常引發的疾病。這也就意味著基因治療的核心在於對疾病根源——異常DNA的本身進行了精準打擊，而打擊的方式從狹義上來說，是通過正常外源基因的直接置換或增補，廣義上來說通過外源基因在患者體內表達的產物能夠治療某種疾病，也可以稱之為基因治療。
基因治療的基本流程
通過對基因治療概念的界定，我們可以發現，基因治療過程中有一個非常關鍵的步驟，即外源基因的導入。正常外源基因導入靶細胞中的方式有多種，最常見的方式是生物學方法，即病毒轉染。此外，外源基因導入還有物理法和化學法，分別通過顯微注射、DNA微細顆粒培養等方式實現，不過物理法和化學法相對生物法來說因其導入效率極低，所以致使應用並不廣泛，應用場景局限。
外源基因導入靶細胞的幾種方式對比（病毒轉染對比）
前文提及的CRISPR/Cas9正是基因編輯的「明星技術」，這是狹義基因治療過程中，外源基因在已經導入靶細胞後，需要將外源基因整合到靶細胞中的目標基因上時採取的一種基因編輯手段。當然，基因編輯手段遠不止此，現有的基因編輯手段包括但不僅限於ZFN、TALEN、Cre/loxP以及轉座子插入等。
幾種基因編輯技術的對比
與其他的基因編輯技術不同，同源重組（HR）下的基因改造沒有藉助特定的「剪刀酶」等工具，而是應用DNA同源重組的天然特性，將兩條相似（同源）鏈之間遺傳信息進行交換（重組），是最早期的一種基因編輯手段。科研人員通過生產和分離帶有與待編輯基因組部分相似的基因組序列的DNA片段，將這些片段導入靶細胞，便可與靶細胞的DNA重組，以取代基因組的目標部分。
同源重組作用下的基因編輯又被稱之為「基因打靶」或「基因靶向技術」，在細胞內存在同源序列的情況下插入外源DNA序列，對目標基因或基因的部分序列進行替換、刪除。不過該技術出錯率高、效率極低，並且目前只能在一些DNA重組頻率低的物種中進行，例如微生物、苔蘚植物等。
除了特別的HR，轉座子作用下的基因改造以及巨型核酸酶作用下的基因改造我們也不做過多的解讀，因為這兩種技術在產業中應用非常少。雖然這兩種技術都是依賴人體內天然存在的作用機制以此進行基因編輯，但是轉座子的編輯是隨機的、跳躍的，難以控制；巨型核酸酶的編輯效率極低，精準度難以控制。兩項技術都難以滿足日益擴大的基因功能研究的需求。
重點解讀一下CRISPR/Cas9、Cre/loxP以及ZFNs、TALEN這4種常見的基因編輯技術。
CRISPR/Cas9是目前應用最廣泛的基因編輯工具，被發現與細菌的適應性免疫有關，並且這種機制在細菌和古細菌中普遍存在。簡單來說，就是在生命的進化史上，細菌為了避免病毒將病毒DNA整合到自己DNA序列上，衍生出的一種能夠將病毒基因從自己的基因組上切除的特有的免疫系統。這種作用與真核生物中RNA幹擾（RNAi）原理相似。
科學家們利用這種系統的作用機制，開發了CRISPR/Cas9基因編輯工具，把待編輯的細胞基因組DNA看作病毒或外源DNA，將其精確剪切；如果在此基礎上為細胞引入一個修復的模板質粒（供體DNA分子），這樣細胞就會按照提供的模板在修復過程中引入片段插入或定點突變，這樣就可以實現基因的替換或者突變。
如果說CRISPR/Cas9是「獵槍」，那麼Cre/loxP就是「陷阱」。「Cre/loxP陷阱」由Cre重組酶與loxP位點組成。Cre重組酶是在P1噬菌體中發現的一種位點特異性的DNA重組酶；loxP同樣是來源於噬菌體P1上的一段特殊的DNA序列。
Cre重組酶能夠介導loxp位點間的序列刪除或重組：當靶位點兩端兩個loxP位點位於同一條DNA鏈上且方向相同，Cre重組酶則介導loxP間的序列切除；反之，則介導反轉；如果兩個loxP位點位於不同的DNA鏈或染色體上，Cre重組酶介導兩條DNA鏈發生交換或染色體易位。
與CRISPR/Cas9和Cre/loxP系統不同，ZFNs和TALEN的基因編輯則更加簡單直接。我們可以直接將其理解為「基因剪刀」——可以切割特定DNA序列的限制酶，這些經過人工改造後的核酸酶/限制酶，可以定向切割特定位點的靶向序列，並配合DNA修復系統修復過程中產生的隨機突變或定製的序列，從而實現基因定點改造。
值得一提的是，並非由基因編輯參與的藥物治療就能稱之為基因治療，業界也有大多企業通過基因編輯手段獲得工程藥物，並將其療法稱之為基因治療，這其實是不嚴謹的說法。
02 基因治療的熱門載體：AAV病毒
從歷史上看，人類對基因治療疾病的探索可以追溯到1962年，Szybalski等人初次發現Ca2﹢有刺激DNA轉入細胞的作用，為後來科學家們人工轉移遺傳物質埋下了伏筆。
學術界公認的首次基因治療是在1973年，美國科學家在德國通過病毒注入的方式，嘗試使患者體內缺乏的酶恢復到正常水平，最終結果雖無療效也無副作用。
經過近50年的發展，人類在基因治療上已經邁出了這個「大跨步」。
從FDA的官網披露信息可以看到，在「細胞和基因治療產品」一欄已經有18款產品獲批，不過稍加篩選就可以發現大多數都是基於HPC臍帶血的細胞移植產品。直到2017年，FDA批准了首個基因療法，由諾華自主研發的Kymriah獲得批准治療急性淋巴細胞白血病。
隨後在同年8月，美國FDA又批准了Kite Pharma的Yescarta用於治療大B細胞淋巴瘤；年底，Spark Therapeutics自主研發的Luxturna又獲得FDA批准，用於治療遺傳性規網膜病變。
不過一直存在爭議的是，學術界一些人認為Spark Therapeutics的Luxturna基因療法才能算作真正意義的基因治療，Kymriah與Yescarta屬於細胞治療。
在FDA官網，Kymriah與Yescarta被定義為「基於細胞的基因療法」，追溯到基因治療的概念，Kymriah與Yescarta都是通過基因改造（添加新基因）後，使其靶細胞獲得特定蛋白質，回輸回患者體內後，該蛋白質指導T細胞靶向並殺死具有特定抗原的癌細胞，達到治療的效果，這屬於廣義上的基因治療（外源基因在患者體內表達的產物能夠治療某種疾病）。如此看來，CAR-T細胞療法的底層邏輯其實就是借鑑了基因治療手段。
與Kymriah與Yescarta不同，Luxturna被認為是基因療法（狹義）是實至名歸的，Luxturna是以腺相關病毒（AVV）為載體的基因療法，能夠將正常複製的RPE65基因直接遞送到病變視網膜細胞處發揮作用，基因表達後的蛋白質能夠將光轉換為視網膜中的電信號，從而恢復患者的視力。
隨即，2017年被譽為了基因治療的元年。到了2019年5月，FDA再批准了一款基於AVV病毒載體的基因療法——諾華研發的Zolgensma，用於治療兩歲以下脊髓性肌萎縮症兒童。該款藥物上市僅4個月便到達1.6億美元銷售額。由此可見，在基因治療賽道中，AAV病毒是最先實現產業化、商業化的病毒載體。
AAV病毒是一種約26nm大小的無包膜病毒，其衣殼具有二十面體構型，屬於細小病毒科依賴病毒屬，它的生產需要與輔助病毒（腺病毒或皰疹病毒）進行共感染以便複製。與其他病毒載體如腺病毒相比，AAV由於其安全性好、宿主細胞範圍廣、免疫源性低，在體內表達外源基因時間長等特點，被公認為應用最廣、前景最大的基因治療載體。
除了AAV病毒，在臨床上還在應用的病毒載體包括有腺病毒（AdV）、慢病毒（LV）以及逆轉錄病毒（RV）。
幾類病毒載體的對比
03 國內的基因治療行業：處於早期探索階段，資本關注度不減
從基因治療的概念來看，國內從事基因治療的企業屈指可數，甚至提供基因治療相關外包服務的CRO企業都與基因治療企業數量相當。基因治療是一個高壁壘且高風險的賽道，在國內市場還未成熟的階段，從事基因治療相關CRO服務一定程度上可以降低企業直接運營研發基因療法的風險。
動脈網簡單盤點了國內目前涉及到基因治療相關業務的企業，並對其進行了簡單的歸類和分析。（註：紅色字體公司是否為基因治療企業存在爭議）
國內從事基因治療行業的部分公司（註：數據來自動脈橙資料庫，數據有誤或未收錄的企業歡迎聯繫動脈網，共同研討）
我們對國內基因治療相關企業從成立時間、所處輪次兩個維度進行了簡單的分類，可以看到中國的基因治療企業成立時間基本集中在2018年和2019年，融資輪次（未披露不統計）也以A輪和天使輪為最多，可以反映出中國的基因治療產業基本還處於早期階段，初創企業是國內基因治療賽道的主力軍。
國內基因治療相關企業成立時間與所處輪次分布
這不同於細胞治療產業國內外齊頭並進的局面，在基因治療產業上，國內與歐美還是存在著巨大的差距。從細胞治療到基因治療，國內為何沒能復刻這樣的成功呢？動脈網專訪了基因編輯行業領軍企業輝大基因的創始人楊輝博士，他向我們解釋了其中緣由。
其一、基因治療的技術壁壘比細胞治療更高。雖然基因治療藥物有近30年的開發歷史，但由於2001年的「費城兒童醫院」事件，導致人們對基因治療並不看好甚至一度被美國FDA停止實驗。直到2017年，Spark Therapeutics公司的基因治療獲批，國內外的資本才開始看見基因治療的可行性；而基因編輯技術的潛力也在2019年CRISPR Therapeutics的臨床試驗後被大家看見，國內也因此開始湧入大量了從事基因治療的公司。
其二、相較於最初孵化細胞治療時「肥沃」的土壤，國內目前基因治療產業的技術行業生態土壤還是非常「貧瘠」的。中國的細胞治療是在幹細胞技術已經發展成熟的孵化而來，這時國外的細胞治療技術基本也是同時發展起來的。但在基因治療上，目前國內缺少這樣的支持。
除了成立時間和所處輪次上，我們從表格中還可以發現國內基因治療產業的另一個特徵，相關CRO企業眾多，在統計的31家基因治療相關企業中，有11家為基因治療CRO，CRO中又以提供病毒載體研發服務的為最多。
基因治療企業屬性分類
這樣的一種行業分布正是國內基因治療產業處於早期階段的真實寫照，在基因治療技術在國內還未成熟的情況下，目前大部分資源都投入在生產和CRO服務上。未來國內一旦有基因療法獲批上市，CRO在擴大基因治療業務的同時，不排除會自主搭建基因治療臨床管線的可能。
「之所以CRO公司更多的去選擇做病毒載體的研發服務，是因為規模化工業級別病毒載體包裝生產是限制中國基因治療的產業化進程重要因素。」輝大基因楊輝博士告訴動脈網，「國內從事AAV等病毒的工藝開發CDMO公司發展的比較晚，在人才和技術的積累上遠遠不及國際水平，很難滿足從研發到落地工業級別的生產需要，只有病毒工藝開發成熟後，市場上基因編輯技術的開發才能更快的推進，基因治療的管線的也才能更快的落地。」
國內基因治療行業想要趕超歐美是有一定難度的，如果想要擺脫永遠「Follow」的局面，並且在未來商業化時候繞開歐美DNA編輯工具專利的限制。楊輝教授建議道，國內基因治療行業可以從底層的「遞送技術」和「編輯工具」兩個層面進行彎道超車。因為對於DNA編輯技術，我們無法繞過國外專利技術保護，企業再去改造，未來還是會受到IP的限制。因此，可以看見目前的基因治療替代療法，國內創新的門檻變得非常高，趕超歐美的機會也變得更少。
04 疫情之下基因治療國際賽道熱度不減，國內賽道湧入16億資金
2020年是醫療產業特殊的一年，新冠疫情刺激了與COVID-19相關的醫療檢測、護理業務得到了爆發式的增長，但對於非COVID-19相關護理的周邊醫療產業卻遭受了巨大的衝擊。根據ResearchAndMarkets的《基因治療-全球市場軌跡與分析》報告統計，2020年全球基因治療市場萎縮了13.6%。
在這樣的「酷暑嚴寒」之下，也有基因治療企業砥礪前行，在寂靜的2020年傳來聲聲捷報。
2020年國內基因治療行業的融資情況（數據來源：動脈橙資料庫）
從今年基因治療賽道的融資情況來看，和元生物的表現異常突出，分別在2020年的7月7日和9月23日完成了約2億元的pre-C輪和超3億元的C輪融資，融資輪次和融資金額在業內名列前茅。
和元生物是一家成立於2013年的細胞及基因治療CDMO企業，公司以基因治療重組病毒研發及生產為核心業務，專注為生物醫藥領域提供優質產品和技術服務。目前，該公司旗下擁有生命科學基礎研究服務、基因治療藥物孵化、臨床級重組病毒產業化製備三大業務版塊。在基因治療領域裡，該公司主要能夠提供病毒載體研發服務等技術支持。
「今年以來，國內狹義的基因治療賽道（不包括溶瘤病毒/RNAi等）上已有10餘起融資事件，可見資本關注度非常高，布局賽道意圖明顯。甚至，部分基因治療企業已經出現了較高估值。」青桐資本投資總監周毅慧告訴動脈網，「我們在項目推進的過程中，明顯感受到了基因治賽道的熱度，企業對投資人基本上是『供不應求』、應接不暇，企業對於融資的時間節奏也在不斷縮緊。」
「預計明年，資本對基因治療的關注會延續今年的熱度。青桐資本也持續看好該賽道，我們期待賽道內的企業能有良好的推進發展。」青桐資本投資總監周毅慧總結道。目前，中國大多數基因治療企業的管線項目仍處於研究者發起的臨床/臨床試驗早期階段，產品獲批上市仍然需要較長時間。
而反觀國外，歐美基因治療公司臨床進展較快，僅在今年就有10家公司陸續發布了旗下基因治療管線的最新進展。
2020年國際基因治療行業臨床管線最新進展（數據來源：動脈橙資料庫）
2020年1月，Abeona Therapeutics宣布獲IRB批准，啟動基因療法EB-101管線的III期VIITAL試驗，以治療隱性遺傳性營養不良性大皰性表皮鬆解症（RDEB）。
2020年2月，基因治療公司Asklepios BioPharmaceutical宣布旗下管線NAN-101臨床Ⅰ期首位患者已接受治療。NAN-101是一種基因療法，旨在激活蛋白磷酸酶抑制劑1（I-1c）來抑制蛋白磷酸酶1（PP1）的活性，從而治療充血性心衰（CHF）。
2020年3月，Editas Medicine和Allergan聯合宣布，名為Brilliance的1/2期臨床試驗已完成首例患者給藥。這是基於CRISPR基因編輯技術的AGN-151587（EDIT-101）管線，用以治療Leber先天性黑朦10（LCA10）患者。
同月，輝瑞旗下基因治療管線PF-06939926宣布進入臨床Ⅲ期，以治療療杜氏肌營養不良疾病，該管線是一種利用腺相關病毒血清型9（AAV9）作為載體的基因替換治療。
2020年7月，Spark Therapeutics公司公布了旗下在研基因療法SPK-8011在治療血友病A的1/2期臨床試驗中的最新數據，在12例接受3種不同劑量基因療法治療的患者中，隨訪2-3.3年之後，患者年出血率（ABR）降低91%，凝血因子VIII輸注量降低96%，患者的凝血因子VIII表達穩定持久。
2020年8月，基因治療公司Adverum Biotechnologies自主研發的玻璃體腔內注射（IVT）基因療法ADVM-022迎來了喜訊，其治療溼性年齡相關性黃斑變性（wet-AMD）Ⅰ期試驗結果顯示，在需要頻繁注射抗血管內皮生長因子（VEGF）的患者中，經過低劑量和高劑量ADVM-022單次治療大幅降低了年化抗VEGF注射頻率。
同月，美國生物技術公司 American Gene Technologies宣布獲得了美國FDA批准，可以開始一項名為AGT103-T細胞產品的Ⅰ期臨床試驗，目的是通過基因療法來消除愛滋病感染者體內的HIV病毒。
2020年10月，Intellia Therapeutics宣布，MHRA授權該公司啟動1期臨床試驗，將評估其基因編輯療法NTLA-2001在治療遺傳性轉甲狀腺素蛋白澱粉樣變性合併多發性神經病（hATTR-PN）的效果和安全性。
2020年11月，基因治療公司uniQure公布了AMT-061治療B型血友病患者的關鍵Ⅲ期臨床試驗數據，結果顯示給藥後AMT-061的耐受性良好，無治療相關的嚴重不良事件，72%的患者（39/54）報告沒有出血事件，FIX替代療法的年平均使用量下降了96%。AMT-061是一款基於腺相關病毒5（AAV-5）的基因療法，單次給藥可使因子IX（FIX）持續增加到功能治療水平。
在基因治療新藥上市方面，今年11月，GenSight Biologics公司旗下基因藥物Lumevoq在歐盟的上市申請得到受理，已經進入了審查程序，相信不久將會迎來好消息。
此外，去年在美國上市的諾華基因療法Zolgensma今年也獲得EMA及日本厚生勞動省的上市批准，以治療2歲以下的脊髓性肌萎縮症（SMA）兒童患者，正式步入日本SMA市場。
同樣，隨著基因治療熱度的不斷提升，一些大型跨國藥企也開始通過收購等方式把基因治療納入自己的管線布局當中。
2020年國際基因治療行業收購/合作最新進展（數據來源：動脈橙資料庫）
2020年1月，日本藥企住友製藥（Sumitomo Dainippon Pharma）以30億美元完成了對瑞士創新生物醫藥公司Roivant Sciences旗下五家Vant公司的收購，獲得了基因治療公司Spirovant Sciences旗下兩款基因療法SPIRO-2101和SPIRO-2102管線。
2020年2月，基因治療公司Genprex宣布與匹茲堡大學達成一項糖尿病基因治療的獨家許可協議，將對胰腺細胞進行重新編程，以恢復其補充胰島素的功能，從而治療1型和2型糖尿病。
2020年3月，Biogen以約8億美元的現金收購眼科基因治療公司Nightstar Therapeutics，獲得了眼科基因療法資產NSR-REP1（timrepigine emparvovec）和NSR-RPGR。NSR-RPGR由含有密碼子優化的人RPGR的AAV8載體（AAV8-coRPGR）組成。
同月， Abcam宣布對Applied StemCell用於生命科學研究和診斷市場的基因編輯平臺和腫瘤產品組合進行資產收購。Applied StemCell是編輯細胞系市場領導者，致力於將基因組編輯技術發展為新型療法，以促進藥物開發。
2020年4月，索元生物收購基因治療公司Tocagen旗下的基因治療平臺（逆轉錄病毒複製載體平臺，RRV）及所有相關產品管線的全球權益（僅一個產品大中華區權益除外）。
同月，日本藥企第一三共（Daiichi Sankyo）宣布與Ultragenyx製藥公司達成戰略合作，以非獨家使用Ultragenyx的專有腺相關基於病毒（AAV）的基因治療製造技術。第一三共將預付Ultragenyx 1.25億美元，並在成功轉讓和銷售由該公司製造的產品時額外支付2500萬美元。
2020年7月，Biogen和哈佛大學的麻薩諸塞州眼耳醫院籤署了一項專利協議，將開發治療PRPF31基因突變導致的遺傳性視網膜變性的藥物。
2020年10月，拜耳（Bayer）宣布40億美元收購美國生物製藥公司Asklepios BioPharmaceutical，獲得AskBio基因治療平臺的全部權利，AskBio加入拜耳新興的細胞和基因療法業務。
同月，諾華宣布以2.8億美元的總價收購美國基因治療公司Vedere Bio，以擴大諾華在基因和細胞療法領域的優勢，獲得Vedere Bio公司全套的眼科疾病基因治療平臺。
2020年11月，優時比（UCB）公司宣布收購開發變革性基因療法的初創公司Handl Therapeutics。同時，與臨床階段基因療法開發公司Lacerta Therapeutics達成新的合作協議。新的收購和合作將迅速加快優時比在基因療法方面的研發進度。
2020年12月，強生旗下子公司楊森製藥收購了Hemera生物科學公司的HMR59基因療法的專利權。HMR59是一次性的門診眼球玻璃體內注射療法，可用於治療黃斑變性的地圖樣萎縮患者。
同月，禮來公司宣布以約10.4億美元的價格收購基因治療公司Prevail Therapeutics，該公司致力於為神經退行性疾病患者開發基於腺相關病毒9（AAV9）載體的基因療法。此次收購將為禮來增設基因治療臨床管線，拓寬其在治療遺傳性神經退行性疾病的布局。
除了產業方面，今年科學家們對基因治療前沿技術的科研熱情持續不減，在今年利用基因編輯技術對抗愛滋病、癌症、肥胖、眼病等疾病的科研進展喜報不斷，無論是發現的編輯SIV對抗免疫缺陷病（HIV）初顯成效，還是利用CRISPR/Cas9系統在體內成功剪斷癌細胞DNA，科學家們在基因編輯技術上的每一步小進展，終將匯聚成人類在基因治療上的大跨步。
參考資料：
《細胞轉染方法比較》德泰生物
《Methods, Principles and Application of Gene Editing》Hans Journal of Biomedicine