2016年在美國(guó)上市的3家初創(chuàng)生物技術(shù)公司——CRISPR Therapeutics，Intellia Therapeutics和Editas Medicine堅(jiān)信，這樣的夢(mèng)想在不久后將成為現(xiàn)實(shí)。它們的信仰背后，是一個(gè)看似簡(jiǎn)單的產(chǎn)品模式：改變特定基因可以產(chǎn)生治愈性的藥物。

       Intellia公司前首席執(zhí)行官Nessan Bermingham博士表示，大約有5000種疾病可以通過替換某種目標(biāo)基因來治愈。而世界衛(wèi)生組織給出的數(shù)據(jù)更大，認(rèn)為這樣的單基因疾病大約有10000種。

       “人們談?wù)摚▊€(gè)體化醫(yī)學(xué)）已經(jīng)有20年，但從來沒有一種技術(shù)平臺(tái)讓我們實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，” Bermingham博士去年底離開Intellia公司時(shí)曾表示：“這是有史以來第一次，我們可以通過一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，基于人們個(gè)體化的基因組數(shù)據(jù)。”

       這種技術(shù)就是CRISPR。這是一種更便宜、更高效的基因編輯方法，是推進(jìn)個(gè)體化醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵。一些分析師認(rèn)為，CRISPR技術(shù)是下一代大型生物技術(shù)公司誕生的平臺(tái)。

       什么是CRISPR基因編輯？

       CRISPR是一種稱為聚集規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）技術(shù)的縮寫。CRISPR技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)是人類基因組測(cè)序計(jì)劃的成功。2003年，在花費(fèi)了27億美元巨資后，科學(xué)家繪制出第一個(gè)人類基因組圖譜。從那之后，個(gè)人基因組測(cè)序的成本就急劇下降，并且有可能在未來幾年降低至幾百美元。此外，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)也促進(jìn)了基因測(cè)序的發(fā)展。

       Bermingham博士談到，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人類基因組圖譜被繪制出來后，研究人員發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)編碼蛋白質(zhì)的基因只有20000個(gè)時(shí)非常“吃驚”。這比估計(jì)的10萬基因數(shù)量少了太多！基本上，這些編碼蛋白質(zhì)的基因在遺傳語(yǔ)言中發(fā)揮了單詞的作用。研究人員還發(fā)現(xiàn)了最初認(rèn)為沒有功能的DNA片段。這些DNA被爭(zhēng)議性地稱為“垃圾DNA（junk DNA）”，不編碼蛋白質(zhì)。但是，事實(shí)證明，這些序列在調(diào)節(jié)基因表達(dá)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

       總而言之，由于對(duì)人類基因組知識(shí)的深入了解，這些生物技術(shù)公司才能夠利用CRISPR技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品研究和開發(fā)。

       CRISPR技術(shù)是怎么工作的？

       目前大熱的CRISPR技術(shù)最早在大學(xué)里開發(fā)成功，它使用一種被稱為分子“剪刀”的DNA序列在特定位點(diǎn)對(duì)其他DNA序列進(jìn)行編輯。通過這種方式，生物技術(shù)公司就能夠編輯、增加或去除引發(fā)特定疾病的缺陷基因。

       “剪刀”有許多不同類型。CRISPR Therapeutics，Intellia和Editas公司用的都是Cas9 CRISPR技術(shù)。據(jù)估計(jì)，Cas9可以編輯70％-80％的人類基因組序列。要編輯更多的基因，治療更多的疾病，我們需要開發(fā)其他新型的剪刀。

       ▲ARK Invest的分析師Manisha Samy女士（圖片來源：ARK Invest官方網(wǎng)站）

       如果把基因看作是單詞，那么CRISPR技術(shù)就是一種文字處理器。ARK Invest的分析師Manisha Samy女士認(rèn)為：“CRISPR基因編輯技術(shù)類似于具有‘查找’和‘刪除’這兩種功能的DNA文字處理器。另外，科學(xué)家還在研究一種基本的‘粘貼’功能，使CRISPR能夠插入適當(dāng)?shù)腄NA代碼，從而修復(fù)基因突變。”

       事實(shí)上，基因編輯的概念并不新鮮。TALENs和鋅指核酸酶（zinc finger nucleases）這兩種技術(shù)已經(jīng)被人們廣泛用來進(jìn)行基因編輯。作為這兩種傳統(tǒng)基因編輯技術(shù)的代表，生物技術(shù)公司bluebird bio用的是某種TALENs技術(shù)，而Sangamo Therapeutics用的是鋅指酶的方法。

       摩根大通證券分析師認(rèn)為，CRISPR技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在它的易用。“CRISPR強(qiáng)大之處在于它使用起來非常簡(jiǎn)單。高中生在生物實(shí)驗(yàn)室就能做基因敲除實(shí)驗(yàn)。相比之下，鋅指酶技術(shù)需要大量的高端人才和時(shí)間。因此，CRISPR基因編輯系統(tǒng)非常強(qiáng)大。”

       CRISPR Cas9會(huì)引發(fā)人體免疫？

       雖然發(fā)展前景良好，但是關(guān)于CRISPR技術(shù)應(yīng)用也有不同的聲音。

       今年1月，bioRxiv（一家在線服務(wù)商，存檔和發(fā)布生命科學(xué)領(lǐng)域未發(fā)表的研究報(bào)告）就曾發(fā)表了一篇論文，對(duì)CRISPR基因療法的持久性提出質(zhì)疑，認(rèn)為人體可以對(duì)其產(chǎn)生免疫力。這篇文章指出，人類免疫系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)目前基因編輯中用得最多的Cas9酶產(chǎn)生抗性，從而導(dǎo)致科學(xué)原理上無效。

       雖然該論文尚未得到同行評(píng)審，但是許多涉及CRISPR技術(shù)的公司都在使用Cas9酶，這是CRISPR相關(guān)蛋白9（CRISPR associated protein 9）的縮寫。Cas9產(chǎn)生于兩種人體內(nèi)能快速引起感染的細(xì)菌，這意味著一些免疫系統(tǒng)可能已經(jīng)對(duì)它們產(chǎn)生了免疫力。

       使用這種酶的CRISPR基因編輯是否會(huì)在這些患者中發(fā)揮作用？

       CRISPR Therapeutics公司認(rèn)為，這要具體情況具體分析。當(dāng)基因編輯在離體或在體外完成時(shí)，Cas9酶會(huì)被降解，因此，當(dāng)細(xì)胞重新輸入患者體內(nèi)時(shí)基本上已經(jīng)不含有該酶。而對(duì)于體內(nèi)應(yīng)用，當(dāng)基因編輯在體內(nèi)完成時(shí)，他們會(huì)采用幾種方法來確保Cas9酶瞬時(shí)表達(dá)。因此，CRISPRTherapeutics公司聲稱，“Cas9酶不會(huì)產(chǎn)生任何問題。”

       ▲CRISPR Therapeutics的科學(xué)創(chuàng)始人和咨詢委員會(huì)成員Matthew Porteus博士（圖片來源：CRISPR Therapeutics官方網(wǎng)站）

       值得注意的是，bioRxiv這篇論文的首席研究員和作者正是CRISPR Therapeutics的科學(xué)創(chuàng)始人和咨詢委員會(huì)成員Matthew Porteus博士。

       Intellia公司稱他們?cè)趪X動(dòng)物和非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物中進(jìn)行的臨床試驗(yàn)中，基因療法輸送系統(tǒng)沒有發(fā)現(xiàn)問題。此外，Intellia還提到他們用的是Cas9酶的高級(jí)形式，并且研究中沒有一個(gè)供體之前就存在免疫力。這些數(shù)據(jù)都還是早期研究。

       那么采用其他的酶呢？Editas還用Cpf1酶。這種酶來源于其他細(xì)菌，可以克服Cas9帶來的一些免疫問題。Editas在CRISPR基因組編輯的免疫反應(yīng)方面做了一些研究，即將發(fā)表一篇相關(guān)論文。公司管理層表示，該研究發(fā)現(xiàn)免疫反應(yīng)“比其他論文報(bào)道的要低得多”。

       總之，分析師和生物技術(shù)公司并沒有過分擔(dān)心，認(rèn)為這不是個(gè)問題，或者仍有時(shí)間在科學(xué)上找到解決方法。Samy女士說：“免疫反應(yīng)并不罕見，數(shù)十年來，科學(xué)家一直在努力克服免疫識(shí)別，并且已經(jīng)有許多解決方案可以減少Cas9的潛在副作用，我們已經(jīng)在許多其他療法中證明了這一點(diǎn)。”

       生物技術(shù)公司如何使用CRISPR

       在一眾CRISPR生物技術(shù)公司中，CRISPR Therapeutics在新藥申請(qǐng)監(jiān)管方面步伐領(lǐng)先。去年12月7日，其管線中的首個(gè)基因療法CTX001遞交了用于治療β地中海貧血的臨床申請(qǐng)。該臨床試驗(yàn)將于2018年在歐洲進(jìn)行，受試者是成年患者。這有望成為基于CRISPR技術(shù)的基因編輯療法的首次人體試驗(yàn)（first in-human trial）。CRISPR Therapeutics還計(jì)劃2018年在美國(guó)遞交用CTX001治療鐮狀細(xì)胞疾病的臨床試驗(yàn)申請(qǐng)。

       CRISPR Therapeutics也已經(jīng)與Vertex達(dá)成合作，共同開發(fā)治療β地中海貧血以及鐮狀細(xì)胞疾病的基因療法，這些合作是其體外基因療法計(jì)劃的一部分。在體外計(jì)劃中，基因編輯先在人體外的細(xì)胞里完成，然后再將細(xì)胞回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。此外，這家新銳也在研究肝 臟，肌肉和肺部等疾病的體內(nèi)基因療法。

       Intellia在基因編輯方面也有體內(nèi)和體外項(xiàng)目，針對(duì)的也是鐮狀細(xì)胞疾病。此外，還跟Regeneron（再生元）合作研發(fā)轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（transthyretin amyloidosis）的基因療法，這種疾病的特征是全身性異常蛋白質(zhì)沉積。Alnylam和Ionis兩家醫(yī)藥公司也正在采用不同的方法，分別稱為RNA干擾和反義技術(shù)，來治療這種疾病。

       Editas正在研究Leber先天性黑蒙的遺傳性眼?。↙eber congenital amaurosis）的基因編輯療法，這是一種出生時(shí)導(dǎo)致視力嚴(yán)重喪失的疾病。同樣，鐮狀細(xì)胞疾病和β地中海貧血也是Editas針對(duì)的疾病領(lǐng)域。

       分析師預(yù)計(jì)，Intellia和Editas將于2018年開始人體試驗(yàn)。

       ▲CRISPR Therapeutics首席執(zhí)行官Sam Kulkarni博士（圖片來源：CRISPR Therapeutics官方網(wǎng)站）

       CRISPR Therapeutics首席執(zhí)行官Sam Kulkarni博士認(rèn)為，監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)基因編輯的態(tài)度越來越開放?；蚓庉嫷暮锰?，同時(shí)也是潛在的挑戰(zhàn)——就是它意味著永久性的修復(fù)。這些生物技術(shù)公司正在努力確保每次基因編輯都能“擊中靶心”。

       他說：“我們已經(jīng)能夠進(jìn)行基因編輯，并且使用分子的郵政編碼（醫(yī)藥行業(yè)稱為“靶標(biāo)”）以精確的方式進(jìn)行編輯，不會(huì)發(fā)生偏差。我們可以制造出高質(zhì)量、符合藥理學(xué)的基因編輯產(chǎn)品。”

       CRISPR生物技術(shù)公司的未來

       CRISPR Therapeutics首席執(zhí)行官Kulkarni博士和Intellia公司前首席執(zhí)行官Bermingham博士都表示，該領(lǐng)域具備三足鼎立的空間。

       分析師Samy女士則認(rèn)為，定義市場(chǎng)容量是一個(gè)挑戰(zhàn)。無論如何劃分，市場(chǎng)都很大，而且很大程度上取決于公司針對(duì)的疾病類型。如果CRISPR技術(shù)能夠治療每年新診斷的所有單基因疾病，再加上現(xiàn)有的患者，這帶來的潛力是巨大的。

       “一種產(chǎn)品不會(huì)治愈所有疾病。CRISPR領(lǐng)域能夠容納更多公司。”

       Kulkarni博士說：“CRISPR絕對(duì)稱得上是生物醫(yī)藥領(lǐng)域劃時(shí)代的進(jìn)步，上一次是抗體藥物的發(fā)現(xiàn)?；蛱┛耍℅enentech，Roche的子公司）正是在上一波技術(shù)浪潮中崛起的。”

       “現(xiàn)在，CRISPR平臺(tái)有望打造下一個(gè)大型生物技術(shù)王國(guó)。”

       參考資料：

       [1] Can CRISPR And These 3 Small Biotechs Cure 10,000 Diseases?

       [2] CRISPR Therapeutics官網(wǎng)

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