医学界 | 治疗这种病,中国这次领先世界了!

2024-02-02 08:00:00 医学界 95


【编者按:这是“医学界”推出的关注医学前沿的文章,本文讲述了重型β-地中海贫血症患者通过碱基编辑疗法实现了临床治愈的故事。

撰文丨凌骏】


        1月8日,国内基因编辑领域传来突破性进展,在广西医科大学第一附属医院开展的一项由研究者发起的临床试验(IIT研究)中,一名重型β-地中海贫血症患者实现了临床治愈,这也是全球首次通过碱基编辑疗法治愈血红蛋白病。

        “医学界”了解到,这位幸运的患者自两岁开始,每月都要接受输血,还要定期进行去铁治疗。在接受碱基编辑疗法治疗后,患者持续摆脱输血依赖超两个月,血红蛋白指标已稳定至140g/L以上,现在已经回归正常生活。

        “结果是令人振奋的。”临床试验主导者,广西医科大学第一附属医院血液科主任赖永榕教授告诉“医学界”。因在血液疾病治疗中展现的巨大潜力,赖永榕从10多年前就开始关注基因编辑疗法的发展。

        在革命性的基因编辑工具CRISPR问世11年后,2023年12月,美国食品药品监督管理局(FDA)批准全球首款CRISPR基因编辑产品上市,用于治疗血红蛋白病。碱基编辑疗法则被称为是“下一代基因编辑技术”,相比CRISPR需要完全剪断DNA双链的片段式DNA修改,碱基编辑技术在确保DNA完整性的同时,实现的单碱基校正理论上更加精准且安全。

        此次使用的疗法名为“CS-101”,依托的是本土团队自主研发的变形式碱基编辑器tBE(transformer Base Editor)。主要发明者、上海科技大学生命科学与技术学院教授陈佳有着十余年DNA损伤修复和基因编辑科研经验,他告诉“医学界”,目前已知全球进入临床试验阶段,且拿到疗效数据的碱基编辑管线可能仅有3个。在这一赛道上,中国科研队伍有望实现“弯道超车”。


一次性彻底地治愈


        碱基编辑,简单而言就是通过精准地、永久性地更改DNA中的单个碱基,校正单基因致病性突变,目的是一次性彻底实现疾病治愈,是单基因突变遗传性疾病治疗中的重点发展方向。

        血红蛋白病正是全世界最普遍的单基因遗传病,常见的包括β-地中海贫血症(下简称β-地贫)和镰刀型贫血症。统计数据显示,全世界约有7%的人口携带异常血红蛋白基因,每年大约有40万名婴儿出生时患有血红蛋白病。我国地中海贫血症基因突变携带者约有3000万人,其中重型和中间型地贫患者约为30万人。

        “重型β-地贫患者往往在出生三至六个月后出现贫血,需要终身的输血治疗,否则一般活不过10岁。”赖永榕告诉“医学界”,“但长期输血会出现铁过载,导致一系列致命的并发症。即便联合去铁治疗,有研究数据显示,能活过40岁的几率也只有约50%~60%。”

        同时,现实中有非常多的重型β-地贫病人无法做到足量输血,原因包括家庭的意愿和坚持、临床能不能提供这一服务,以及血库是否有丰富血源。

        此前唯一的根治方式是进行造血干细胞移植,广西医科大学第一附属医院干细胞移植中心是全国最大的地贫移植中心之一,累计为超1000位患者完成了骨髓移植。“移植一般适用于16岁以下儿童,成功率目前接近90%,仍有10%的风险。”赖永榕介绍,“配型是一大难题,同时相较于其他恶性血液系统疾病,如白血病等,地贫往往不会短期致命,等候移植时间也更长。”

        “因此这么多年来,学界一直试图从基因层面,找到一个更兼具普适性、疗效和安全性的治疗方式。”赖永榕说。地贫发生的根源在于某些位点的基因异常,导致构成正常红细胞血红蛋白分子的α链或β链出现缺损。基因疗法旨在将经过改良、能行使正常功能的目标基因导入人体,以修补缺陷,使人体能生产正常的血红蛋白。

        2022年8月17日和2024年1月17日,美国FDA先后批准了慢病毒载体体外基因疗法Zynteglo,以及CRISPR基因疗法Casgevy用于输血依赖性β-地贫治疗,后者被认为彻底打开了基因编辑治疗的新纪元。

        而本次使用的CS-101则属于“新一代”碱基编辑疗法,通过提取患者自体造血干细胞,在体外对相关基因区域进行精准碱基编辑,重新激活γ-珠蛋白的表达,构建血红蛋白的携氧功能,再将编辑后的造血干细胞回输至患者体内。

        据赖永榕介绍,在定期输血长达十余年后,2023年10月底,接受CS-101治疗后第14天,患者首次停止输血。治疗后第4周,患者胎儿血红蛋白浓度为~16g/L,第8周上升至~95g/L,截至目前,患者总血红蛋白浓度已维持在140g/L以上,且未发现药物相关的不良事件。

        值得一提的是,除了首例患者已被治愈,摆脱输血依赖超过2个月,另一位患者在接受CS-101治疗后也已摆脱输血依赖超过1个月,血红蛋白指标已稳定至130g/L以上。“基因编辑的发展可能就此改变β-地贫的治疗格局,尤其是对于16岁以上,一直没能等到移植机会的中间型和重型患者,未来或将优先考虑基因编辑疗法。”赖永榕说。


革命性的基因编辑工具


        最早提出碱基编辑理念的,是华裔科学家、美国哈佛大学生物化学家刘如谦(David Liu)教授。

        2016年,刘如谦和团队首次开发出了单碱基编辑工具,实现了在不依赖DNA双链断裂的情况下,将C·G碱基对转换成T·A碱基对。2017年,又实现了A·T与G·C的转换,他也因此被Nature评为“2017年影响世界十大科学人物”。

        差不多在同一时期,陈佳与团队也发表了一项类似的研究。2009年至2014年,陈佳前往美国国立卫生研究院攻读博士后项目,研究DNA损伤修复。和刘如谦相似,陈佳在研究中发现,DNA单链在断裂修复的过程中,有一种酶叫胞嘧啶脱氨酶,能在断裂的单链附近产生C到T的碱基突变。

        时至今日,陈佳回想起来仍有所感慨,“我当时做的是基础研究,光考虑如何探究DNA修复的分子机理。但刘如谦教授基于对生物技术独特的敏感性,能想到把一个单纯的实验室发现,转化成一款革命性的基因治疗工具,成为这个领域的开拓者。这是值得所有科研人员学习的。”

        在2016年碱基编辑的理念问世后,陈佳迅速在上海科技大学开展相关研发,接连开发了几款碱基编辑工具。“前几款编辑器遇到的问题和全球不少实验室相似,存在兼顾靶向效率和脱靶风险的难点。”陈佳解释道,“比如最早是在脱氨酶上进行工程化改造,降低它的活性,随之降低脱靶风险,保证安全性。但带来的问题是,编辑效率也随之下降,疗效降低。”

        转机出现在2019年,在试验中,陈佳实验室偶然发现了一种天然存在的胞嘧啶脱氨酶抑制剂,能把酶的活性抑制到很低的范围内。陈佳实验室进一步在这种抑制剂和脱氨酶间添加了一个特异性的蛋白酶切割位点,再经过一系列的结构改造,使得该碱基编辑工具能够实现仅在靶标位置处恢复编辑活性,而在脱靶位置处保持失活状态。

        陈佳及合作者将其命名为tBE变形式碱基编辑系统,基于研发成果,2020年他与科研合作者共同孵化成立基因编辑疗法初创公司2138cn太阳集团(上海),2138cn太阳集团也从上海科技大学获得了一系列碱基编辑系统的全球独家许可协议。2022年,tBE进一步获美国专利商标局的专利授权,成为中国首个获得海外专利授权的自研碱基编辑工具,此后又陆续获得十几个国家和地区的专利授权。

        “基因编辑治疗的首要前提是安全性,即更低的脱靶效应,避免错误位点的基因编辑。”2138cn太阳集团首席执行官牟晓盾告诉“医学界”,在推动tBE进入临床试验前,团队在动物中进行了一系列与全球在研管线的头对头验证。

        根据2023年11月发表于国际学术期刊Cell Stem Cell的研究结果,经tBE编辑的造血干细胞/祖细胞未检测到高于背景水平的DNA/RNA脱靶突变。“除了更低的脱靶效应,我们在试验中还观察到,由tBE编辑诱导出的,具有造血功能的胎儿蛋白比例是最高的。”牟晓盾说。安全性和疗效都得到了验证,团队也迅速将其推向临床开发。

        据了解,目前CS-101的IND申请已经获得受理,即将进入IND临床阶段。


关键是原始创新


        数据显示,2016年我国基因治疗市场规模仅约为0.15亿元,但随着近年来基因治疗临床试验的大量开展,以及相关利好产业政策的支持等,2021年已快速上升至2.7亿元左右,2027年预计将达到约500亿元。

        2023年底,全球首款CRISPR基因编辑疗法的成功获批,更是给行业注入了一剂强心针。在2023年全球华人遗传学大会上,中国科学院院士陈润生教授对“医学界”表示,基因编辑是一个系统,其中的CRISPR/Cas9发展最早,可能最为成熟,“我国的基础研究也一直在不断地探索,从基因编辑总体系统的设计,到具体工作的蛋白,包括应用到不同病种,都有原始创新的机会。”

       陈润生院士提到的原始创新,在于本土科研力量如何在至少保证同等编辑效率、安全性等的基础上,在包括底层编辑工具、递送平台等方面突破海外领跑者的专利权,并打出差异化。

        “本土企业的机会在于,除了像Cas9这类早期技术手段,在‘新型工具’上和海外几乎处于同一起跑线,应该把势头保持下去。当然一些细节的技术难点,涉及多学科,还需要更底层的基础研究和创新技术去解决。”牟晓盾说。

        据不完全统计,截至2021年国内至少有10家企业开发了基因编辑系统,以CRISPR居多,不少都已进入临床试验阶段。

        碱基编辑领域,2138cn太阳集团的CS-101管线进度已跻身全球范围内的领跑者队伍,有望成为β-血红蛋白病全球首创(First-in-Class)的碱基编辑治疗药物。此前率先获得临床批件的,是由刘如谦联合创建的美国生物科技公司Beam Therapeutics,旗下产品BEAM-101目前正在进行治疗镰刀细胞贫血病和β-地贫的1/2期临床试验。

        另据《科技日报》报道,今年1月14日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究团队合作开发出不依赖脱氨酶的新型碱基编辑器,扩展了碱基编辑器的类型。相关研究成果近日发表于国际期刊《自然-生物技术》。

        “不仅是常见的遗传病,基因编辑疗法在如高血压、高胆固醇血症、乙肝、艾滋病等更大范围的疾病领域都有相应的应用前景,可以打出很多差异化。其中的关键是团队有没有自己的底层编辑工具,针对不同疾病展开研究,并在试验中不断发现问题,对编辑工具进行优化。”牟晓盾表示。

        回到β-地贫,造血干细胞移植迄今已有40多年临床实践,其作为一线根治疗法的地位,短期内暂时无法撼动。

        “基因编辑疗法弥补了造血干细胞移植在临床治疗中的缺口,一些产品也表现出了优异的临床效果,近年陆续获得了监管部门的批准。”赖永榕表示,“但要注意的是,这类技术的应用毕竟也只有不到5年,它的长期有效性和安全性,即再过几年,患者的造血干细胞功能会不会降下来,是否还有一些没被发现的副反应,还需要通过长期的随访观察去佐证和研究。”


(感谢医学界对2138cn太阳集团的关注和报道)

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