罕见病,是指流行率很低、很少见的疾病,至今国际公认的罕见病近种。约80%的罕见病为遗传性疾病,约50%的罕见病在出生时或者儿童期发病,约30%的罕见病儿童寿命不超过15岁,据估计我国各类罕见病患者超过万人。
目前只有不足5%的罕见病有治疗方案,罕见病患者几乎无法正常生活,甚至部分患者早早就面对了死亡。但是,罕见病患者并没有丧失治愈的希望。
生物技术的进步,让我们看到了治愈罕见病的希望,国外已经展开了不少疾病的Ⅲ期临床试验,甚至已经有药物上市。通过基因治疗,可以从基本上解决部分罕见病,甚至是肿瘤这种绝症。
国内针对罕见病的政策已经大开绿灯,势必会来生物技术企业的研发热情。同时,海外成熟基因疗法的引进也是最快速度造福患者的一种捷径。
基因治疗治愈罕见病存在可能
基因治疗(genetherapy),是指将外源正常基因导入靶细胞,以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病,达到治疗目的。基因治疗技术,是通过病毒载体、非病毒载体和具有遗传修饰载体的细胞,进行靶向基因治疗,还包括CAR-T细胞疗法和基因编辑技术,例如CRISPR-Cas9。
人类的很多疾病都是由基因突变或基因缺陷引起的,特别是单基因遗传病。既然80%的罕见病都是由于基因缺陷所引起的,那么基因治疗不就是一种从源头上解决疾病的治疗方式吗?
在生物体内,遗传信息沿着“DNA-RNA-蛋白质”的方向逐级传递(中心法则)。蛋白质是遗传信息的表现形式,疾病发生时多表现为蛋白质层面的异常,目前绝大多数的药物均以蛋白质为靶点,通过改变蛋白质的功能来治疗疾病。基因治疗则是从蛋白质的上游——DNA入手,通过调控DNA来改变遗传信息传递,进而改变蛋白质的性状,实现从源头上治疗疾病。
基因治疗是一种从根本上将致病原因解决掉的治疗方式,科学家将正常基因片段通过病毒作为载体进入人体,将致病基因替换掉。
但是,任何时候有异物进入人体,免疫系统都会攻击外来入侵者。因此患者被基因疗法修正的细胞也会受到免疫系统攻击,使得基因疗法的效果降低。免疫反应成了基因治疗的一大难题。另外,基因脱靶导致癌变的重大事故也会发生,一度使得基因治疗从高峰陷入低谷。
基因治疗的载体
基因治疗需要将正常的DNA运送到细胞中,去替换掉有问题的DNA,这就需要涉及找到合适的载体,将DNA运送进去。
聪明的科学家们选择了病毒作为基因治疗的“搬运工”。病毒是地球上最微小的生命,所有病毒都包含一段双链或单链的DNA结构。病毒通过与其宿主结合,并将其遗传物质作为其复制周期的一部分引入宿主细胞,并大量复制自己。然后科学家将病毒的致病基因去除,避免病毒的攻击性,移入目标基因,利用其基因插入和复制的特点,使其成为基因治疗的载体。
逆转录病毒(RV):逆转录病毒中的遗传物质是单链RNA,可高效地感染多种类型细胞,可以将外源基因随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中持续表达。其中γ-逆转录病毒是最早被改造的且广泛地被应用到基因治疗中的载体,并取得了不少成功。但是逆转录病毒只能感染分裂细胞,毒性较强,容易诱发过度的免疫反应。
慢病毒(LV):以HIV-1(人类免疫缺陷I型病毒)为基础发展起来的基因治疗载体。属于逆转录病毒,能有效感染分裂细胞和非分裂细胞。随机插入并稳定整合到宿主细胞基因组中持续表达。
慢病毒可感人非分裂细胞、基因片段容量较大、表达时间长、不易诱发宿主免疫反应,一系列的临床研究效果非常理想,具有广阔的应用前景。Strimvelis、Kymriah和Yescarta等基因治疗药物所用的载体都是LV。
腺病毒(AdV):无包膜的线性双链DNA病毒,腺病毒载体宿主细胞范围广泛,有效感染分裂细胞和非分裂细胞,不与宿主细胞基因组整合,因而不存在插入突变风险,载体容量较大。
腺相关病毒(AAV):目前发现的一类结构最简单的单链DNA缺陷型病毒,基因组DNA小于5Kb,需要辅助病毒(通常为腺病毒)参与复制。由于其安全性好、宿主细胞范围广、免疫源性低,在体内表达外源基因时间长等特点,被视为最有前途的基因治疗载体,在世界范围内的基因治疗和疫苗研究中得到广泛应用。
目前应用的各种病毒载体,尽管经过优化改造,仍然存在各种各样问题,比如面临病毒毒性和免疫原性、整合致突变能力、基因容量、靶向性等,远远无法满足基因治疗对于不同特性载体的需求。未来很长一段时期,对已有载体的生物学研究和优化改造,以及开发更加多样化的病毒和非病毒载体等将是基因治疗研发的关键环节之一。
CAR-T,嵌合抗原受体T细胞免疫疗法,也是基因治疗的一种,它的基本原理就是利用病人自身的免疫细胞来清除癌细胞。CAR-T疗法是目前“离体”基因治疗在临床上最成功的应用,在血液肿瘤上已取得突破。
近年来,基因编辑技术飞速发展,和传统基因治疗方式相比,新的基因组编辑技术可以在基因组水平上进行基因添加、基因删除、基因改造,从而修复遗传缺陷或者进行靶向改造,治疗目前还无法治愈的疾病。基因编辑首先需要类似GPS导航一样精确定位到有问题的基因片段。其次,需要用一定技术手段剪掉有问题的基因片段。最后,再用正确的方式重新连接。
基因编辑过程中,“精确定位”是最困难的,也是目前所有的基因编辑技术的核心技术差异。早期的基因组编辑研究,依赖于锌指核酸酶(ZFN)技术,但是由于专利垄断、风险评估不完善等原因,尚未在临床项目中大面积开展。
随后,转录激活因子样效应物核酸酶(TALEN),特别是CRISPR/Cas9技术问世以后,有着其它基因编辑技术无可比拟的优势,被认为是最有效、最便捷的编辑工具。
近年来,脱靶概率更小的CRISPR/Cpf1诞生,科学家们手上的制导武器和剪刀就变得越来越准确和好用。
99家基因治疗相关的企业统计
自年首例基因治疗方案获得授权至今,究竟开展了多少项临床试验项目?网络有数据显示开展了多项临床试验。
根据NIH数据库以genetherapy为关键字进行搜索,最后显示有个结果。但是,包含NIH数据库在内的其他临床数据库都没有相关的精准条件能筛选出基因治疗相关的临床试验项目。根据搜索选项和关键字的不同,搜索结果有较大变化。
NIH的搜索会把gene和therapy两个关键词进行拆分,个试验逐渐往后翻查,仔细查看发现后面搜索关联度和基因治疗逐渐降低。部分项目和基因治疗毫无关系,大部分项目是单独和基因,或者单独和治疗相关,这在很多临床项目中是高频词。
完整匹配genetherapy的临床项目只有个。虽然有些试验可能会被忽略,但是我们也可以通过这些项目做一些分析。美国仍然是参与基因治疗临床试验最多的国家,东亚地区也有92个项目,其中,有50个项目在中国。