CRISPR VS 诺贝尔：终成眷属
历经纷扰，“基因魔剪”终获诺贝尔奖
CRISPR/Cas9这项明星技术自2002年问世以来一直备受关注。该技术分别在2012、2013和2015年3次入选Science评选的“世界十大科学突破”，并被媒体评为21世纪最有影响的十大技术之一。
一直以来，CRISPR被认为是诺贝尔夺奖热门。终于，在2020年的秋天，基因魔剪与诺贝尔也“终成眷属”。
北京时间2020年10月7日，2020年诺贝尔化学奖授予德国马克斯·普朗克病原学研究所的马纽尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）博士以及美国加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）博士。
两名女性科学家因共同发现了CRISPR/Cas9基因编辑（“基因魔剪”）技术而名声鹤立，为人们在人体和其他动物细胞上实现基因编辑奠定了重要基础。
近五年内，有超过7500篇CRISPR技术相关文献发表（见图3-1），CRISPR技术已经成为目前基因编辑领域最炙手可热的研究工具。
图1 2016年至今全球发表CRISPR主题文献数量
注：*2020年统计截止日期为2020年10月9日。
数据来源：Pubmed
CRISPR技术的发现前前后后经历了20多年的时间。最开始是在1987年日本学者在K12大肠杆菌的碱性磷酸酶基因发现了串联间隔重复序列，随后发现这种序列在细菌和古细菌的基因组中广泛存在。
2002年，该技术被Jansen正式命名为CRISPR，中文就是“成簇的规律间隔的短回文重复序列”，而在这个系统中常用到的核酸内切酶为Cas9。
之后经过6年的研究，终于在2005-2008年间证明了这种重复序列与细菌获得性免疫的关联。利用这个系统，细菌可以不动声色地把病毒基因从自己的染色体上切除，这是细菌特有的免疫系统。
2012年底，Doudna和Charpentier为通讯作者的研究首次在体外系统中构建了CRISPR/Cas9，即可编辑的短RNA介导的DNA核酸内切酶，标志着CRISPR/Cas9基因编辑技术的问世[1]。
CRISPR/Cas9技术的先驱者们，包括张锋以及两位女性科学家珍妮弗·杜德娜（JenniferDoudna）和艾曼纽·夏邦杰（EmmanuelleCharpentier）(如下图)，他们三位在获得了众多荣誉和奖项的同时也获得了商业上的巨大成功：Editas Medicine，Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics三家公司分别在2016年2月、5月和10月IPO上市。
图2 张锋、Doudna和Charpentier
数据来源：药渡咨询团队整理
CRISPR/Cas9 “三大先驱”公司基因治疗产品研发进展
CRISPR/Cas9技术问世后，三大先驱针对该技术展开了一场持久的专利之战。尽管专利之争纷纷扰扰，但这不会影响CRISPR/Cas9技术商业化的脚步。张锋、Doudna和Charpentier分别创立了自己的基因编辑公司。
2.1 CRISPRTherapeutics
按照公司成立时间先后排序，首先是Emmanuelle Charpentier作为创始人之一的瑞士药物研发公司CRISPR Therapeutics。公司于2013年10月成立于瑞士，研究中心在马萨诸塞州剑桥。2016年9月纳斯达克上市，2020年10月市值66.94亿美元。2015年该公司与Bayer合作开发基于CRISPR/Cas9技术的突破性疗法，以期治愈血友病、失明以及先天性心脏病等疾病。CRISPRTherapeutics最新研发管线见下图。
图3 CRISPR Therapeutics最新研发管线
数据来源：公司官网
由上可见，CRISPR Therapeutics研发管线中包含多个基因治疗在研产品，其中CTX001、CTX110、CTX120和CTX130已进入临床研究阶段。该公司基因治疗产品重点开发适应症包括β-地中海贫血、镰状细胞病和肿瘤。研发管线还包含三个CAR-T细胞产品，分别靶向CD19、B-细胞成熟抗原（BCMA），以及B细胞协同刺激分子CD70。
2.2 EditasMedicine
Editas Medicine成立于2013年11月，由张锋和Doudna博士共同创立，虽然两位现在已分道扬镳，Editas隶属于MIT-哈弗的Broad研究所，2016年2月在纳斯达克上市，是最早上市的CRISPR/Cas9技术公司，2020年10月市值19.12亿美元。最新研发管线如下图。
图4 Editas Medicine最新研发管线
数据来源：公司官网
由上可见，Editas Medicine体内基因治疗重点开发适应症是与Allergan合作开发的眼部罕见病，包括伯氏先天性黑蒙症（进入临床阶段的EDIT-101）、Usher’s syndrome（尤塞氏综合症）和Retinitis Pigmentosa（色素性视网膜炎）。伯氏先天性黑内障是一种出生时或出生后不久出现的罕见的失明或严重视力损伤，由几种不同的基因的突变引起，发病率约为1/3万。Usher’ssyndrome（尤塞氏综合症），也叫遗传性耳聋-色素性视网膜炎综合征，发病率约为2.2/10万-4.4/10万。Retinitis Pigmentosa（色素性视网膜炎），是原发于视网膜营养不良的一种遗传性慢性退行性病变，多累及双眼，预后不佳，发病率约为5/1000-1/20000[2]。
此外，公司研发管线中还有针对β-地中海贫血、镰状细胞病和抗肿瘤的细胞治疗产品。
2.3 IntelliaTherapeutics
Intellia Therapeutics公司成立于2014年，Jennifer Doudna是创始人之一。公司于2016年5月纳斯达克上市，2020年10月市值13.48亿美元。最新研发管线如下。
图5 Intellia Therapeutics最新研发管线
数据来源：公司官网
如图所示，Intellia Therapeutics公司研发管线中，体内基因治疗重点开发适应症是甲状腺素运载蛋白淀粉样变性（Transthyretin amyloidosis，ATTR）和遗传性血管性水肿（Hereditaryangioedema，HAE）。
Intellia Therapeutics公司研发管线中，体外基因治疗产品主要关注镰状细胞病和急性髓系白血病以及实体瘤。体外治疗产品均为基于CRISPR/Cas9技术的细胞治疗产品，包括造血干细胞治疗产品、TCR治疗产品和CAR-T治疗产品以及其他产品。
其他代表性基因编辑公司及其研发管线
除了上述CRISPR/Cas9技术“三大先驱”公司，还有专注于其他基因编辑技术的公司成为该领域主要竞争者。
3.1 SangamoTherapeutics
Sangamo Therapeutics创立于1995年，前称Sangamo BioSciences，2017年1月改为现用名，总部位于美国加州Richmond，是一家专注于ZEN编辑技术的基因治疗公司。其核心技术平台涉及基因治疗、细胞治疗、体内基因组编辑和体内基因组调控等四个互补技术平台。2020年10月公司市值为13.94亿美元。目前研发管线见下图。
图6 Sangamo Therapeutics最新研发管线
数据来源：Sangamo Therapeutics公司官网，药渡咨询整理
如图所示，Sangamo Therapeutics公司目前在研产品共计17个，其中已有5个产品进入临床阶段。研发管线涉及的治疗领域除了血液系统罕见病之外，还包括遗传代谢疾病，如II型黏多糖症（MPS II）、Fabry disease（法布里病）和苯丙酮尿症（PKU），中枢神经系统疾病，如多发性硬化（MS）、筋萎缩性侧索硬化症（ALS）、额颞叶变性（FTLD）、亨廷顿舞蹈症等，还包括抗肿瘤产品及其他基因治疗产品。
2017-2018年间，Sangamo Therapeutics公司与辉瑞和KITE达成合作，分别致力于血友病A及抗肿瘤CAR-T细胞治疗产品的开发，为其收入的增长带来了积极的影响。2017年公司年收入为3656.7万美元，2018年收入增长率高达133%。此外，Sangamo Therapeutics公司还与赛诺菲（Sanofi）和武田制药（Takeda）合作，共同开发基因治疗产品。
3.2 HorizonDiscovery
Horizon Discovery成立于2007年，是一家总部位于英国剑桥的生物科技公司，于2014年在伦敦股票交易市场上市。2020年10月公司市值为145.65亿便士。公司拥有rAAV、CRISPR、ZINC Finger等多项技术专利，可以高效、快速、精确地实现基因或染色体的定点编辑。目前公司的主营业务收入来源于基因编辑相关CRO技术服务。
2017年，Horizon收购了Dharmacon Inc.。作为自定义RNA合成的领导者，Dharmacon公司是RNA干扰（RNAi）领域的早期参与者，贡献了几项关键的科学发现和首批商用试剂。此次收购将显著扩大Horizon业务范围，使其能够为客户提供RNAi干扰的各方面的解决方案，包括siRNA、慢病毒shRNA、microRNA研究工具、RNAi功能筛选的基因组规模文库、microRNAs和长链非编码RNA等。
3.3 PoseidaTherapeutics
Poseida Therapeutics成立于2015年，投资方包括Aisling Capital、Longitude Capital、Malin Corporation、Novartis和Perceptive Advisors。公司总部位于美国圣地亚哥。2020年10月公司市值为5.66亿。公司最新研发管线见下图。
图7 Poseida Therapeutics最新研发管线
数据来源：公司官网
如上图所示，目前公司研发管线分为两部分，包括抗肿瘤的CAR-T细胞侯选物，以及用于治疗鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症（OTC）和甲基丙二酸血症（MMA）的体内基因治疗侯选物。
3.4 PrecisionBioSciences
Precision BioSciences创立于2006年1月，总部位于美国北卡罗来纳州Durham，致力于开发新一代基因组编辑技术平台ARCUS在癌症免疫疗法、遗传疾病和食品领域的应用。2020年10月公司市值为3.62亿美元。研发管线如下。
图8 Precision BioSciences最新研发管线
数据来源：公司官网
如图所示，公司研发管线中，体外基因治疗CAR-T产品重点关注适应症为骨髓瘤和血液系统肿瘤，如非霍奇金淋巴瘤、白血病等。体内基因治疗产品重点关注慢性乙肝和遗传性疾病，如家族性高胆固醇血症、脂蛋白脂酶缺乏症和原发性高草酸尿症。
2018年Precision BioSciences和吉利德达成战略合作协议，将使用Precision公司独特的ARCUS基因编辑技术平台，共同研发在体内清除乙肝病毒（HBV）的创新基因疗法。
3.5 BeamTherapeutics
Beam Therapeutics公司成立于2017年，位于美国特拉华州，是首家利用单碱基编辑技术开发精准基因药物的生物技术公司，由张锋教授、David Liu教授以及J. Keith Joung教授三位CRISPR技术领域的“大神级人物”共同创立。公司投资者包括ARCH Venture Partners、Eight Roads Ventures、F-Prime Capital Partners、GV和Redmile Group。
2020年2 月 6 日，Beam Therapeutics 公司股票在华尔街首日交易中大获成功，作为首家上市的碱基编辑技术公司，该公司股价较首次公开发行价格就飙升 45%，随后在首日交易中收于18.75 美元，上涨 10%。目前通过首次公开募股（IPO）发行了 10,588,236 股股票，每股 17 美元，共筹集了 1.8 亿美元资金。
公司关注四个领域的发展，分别为基因矫正、基因修饰、基因活化、基因沉默和多基因编码。最新研发管线见下图。
图9 Beam Therapeutics最新研发管线
数据来源：公司官网
由上可知，公司最初建立了自体和异体CAR-T候选物的研发管道，专注于血液恶性肿瘤的治疗。公司之后扩展研发管线，开始研发新的基因治疗产品，涉及疾病领域包括血液罕见病、肝脏代谢疾病以及中枢神经系统疾病。目前，Beam公司在研产品全部处于临床前研究阶段。
3.6 CasebiaTherapeutics
Casebia Therapeutics成立于2016年，是德国制药巨头Bayer和CRISPR Therapeutics的合资企业。Casebia Therapeutics从CRISPR Therapeutics获得了基因编辑技术，产品涉及血液和眼科等特定疾病领域，并通过Bayer获得了蛋白质工程技术，以显著提高CRISPR/Cas9基因编辑平台的能力。
据最新消息，2019年10月，Bayer公司将Casebia生物技术的全部运营权移交给CRISPR Therapeutics。
目前Casebia官网已与CRISPR Therapeutics合并，无法获取专属于Casebia的研发管线。在2019年国际血栓形成和止血学会大会上，Casebia首席科学家Alan Brooks博士报告了一项关于基因编辑方法治疗血友病A的研究，该研究采用CRISPR/Cas9技术对小鼠进行基因改造，使其体内稳定表达可滴定的凝血因子VIII，以此实现对血友病a的疾病控制。
3.7 Inscripta
Inscripta成立于2015年，是一家基因编辑技术服务公司，总部位于美国科罗拉多州，致力于创造革命性的基因编辑技术和工具，为人类的食品、燃料和医疗等带来变革。
2019年12月，公司完成1.25亿美元的D轮融资。本轮融资由Paladin Capital Group领投，现有投资者和新投资者JS Capital Management和Oak HC / FT跟投。这笔新资金将用于加速公司革命性的Onyx数字基因组工程平台的应用扩展和商业化。截止目前，Inscripta公司筹集的资金总额达到2.595亿美元。
Inscripta的新一代CRISPR核酸内切酶类，被称为MADzymes。MADzymes具有识别不同PAM序列、高效切割DNA等特征。目前，Inscripta已在其核酸酶发现和工程平台发布了核酸酶MAD7的DNA序列。核酸酶MAD7也是Inscripta的MADzymes家族中发现的第一种酶。
2018年7月，Inscripta首个核酸酶MAD7基因编辑系统获得美国专利商标局的专利认可，并且被证明在微生物和哺乳动物系统中都是有效的。2018年12月，Inscripta宣布广泛应用核酸酶MAD7。这一核酸酶是该公司为商业合作伙伴和学术研究人员提供的专有CRISPR酶，没有前期许可费用和使用该技术时产生新发现的“延伸版税”。
3.8 Synthego
Synthego成立于2012年，总部设在美国加州硅谷，是一家从事基因编辑技术服务公司，其主要业务是提供基因工程细胞，以及利用CRISP Revolution Kits技术合成RNA系列产品，如GeneKnockout Kit V2。这些产品可用于CRISPR基因编辑和研究设计实验中，旨在提高基因编辑实验效率、降低实验成本。
2018年10月，Synthego公司完成高达1.1亿美元的C轮融资，投资方包括Founders Fund、8VC和MenloVentures等。这笔资金将用于公司已有业务的进一步研究和新项目的开发，并将新的服务项目推向市场。但在短期内，该资金将主要用于扩大公司的两个主营业务领域：一个是创建CRISPR试剂盒，该试剂盒可以根据研究人员和科学家的要求创建不同的基因系，另一个是创建“临床级”产品，这意味着它们可以用于动物（以及潜在人类）受试者的临床试验。
基因编辑技术的未来前景
4.1 未来前景
目前，一款药物的研发需要花很长时间，除了证明有效性之外，还需要确保药物的安全性，彻底了解药物的不良反应。而且，药物的开发及开发流程，均需符合国家的药品监管政策，这也一定程度上延长了药物的研发时间。有些药物研发进程长达数十年。
然而，应用基因编辑技术可以将定制疗法更快地推向市场，加速了药物研发过程。CRISPR技术更加便宜和灵活，它能快速地识别潜在的目标基因，进行高效的临床前实验。因为它可以用来“敲除”不同的基因，CRISPR技术为研究人员提供了一种更快、更实惠地研究成千上万个基因的方式，更便捷的研究哪些基因发生突变或表达异常可能对特定疾病的影响。
目前看来，单基因遗传疾病是基因疗法最为理想的应用领域之一。例如，血液系统的单基因疾病如β-地中海贫血或镰状细胞病就是基因治疗的理想对象，因为这些疾病能够在体外进行治疗（又称为离体治疗）。患者的血细胞可以被取出，用CRISPR技术对其进行基因编辑之后，将无缺陷的基因引入到这些细胞中，再用化学手段筛选出基因缺陷得到修正的红细胞，并将这些红细胞移植回患者体内，达到治疗的目的。
总体来说，基因编辑技术应用前景巨大，将在未来的医药研发市场中占据强有力的市场地位。
4.2 局限性
任何一项基因编辑技术都有局限性，不管是技术风险还是使用伦理风险。
CRISPR技术虽有高效、快捷、简便、成本便宜，且不受物种限制等优点，但其始终有不可预测和不可控的脱靶风险，并且不适用于复杂的基因改造项目。而之前吵得沸沸扬扬的“基因编辑婴儿”事件，引起了全球基因学界的广泛关注，再一次把CRISPR技术推上了风口浪尖。虽然案件审判已经结束，但三位已出生的基因编辑婴儿对人类社会的未来影响是无法估计的。
诚然，基因技术肯定是要向前发展，但是目前它在精准度、效率上仍存在不足，人类距离可控的使用基因编辑技术，还有很长的路要走。
特约作者 | 吴夏
参考文献：
[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/)
药渡咨询依托其强大的药学数据库资源以及多学科背景的项目团成员，为国内外医药企业、投资机构、政府和园区提供药物研发、生产、销售和BD等各个环节定制化解决方案。
✦为国内外企业完成200多亿的融资和并购进行了CDD和项目价值评估；
✦为全球TOP10的MNC中一半以上提供产品战略和BD机会服务；
✦为国内外近20家VC或PE提供专利尽职调查服务；
✦为国内40多家上市药企行业研究和具体项目转让评估服务；
✦为多个园区的项目落地和执行提供可行性论证服务。
联系人：刘恕博士
联系电话：13810667018
邮箱：shu.liu@pharmacodia.com
立即解锁你的掌上专业工具！