如何释放细胞和基因疗法的潜力？新锐公司CEO们认为要这么做！| 药明康德全球论坛实录
编者按
在近期举办的2021药明康德全球论坛上，40多名行业顶尖意见领袖跨越时空，分享经验教训以及对未来创新机遇的独到见解。为期3天的精彩讨论吸引了全球超过6000名生物医药行业同道线上参会。
为了便于更多新老朋友领略、重温专家洞见，药明康德内容团队持续推出论坛所有10场讨论的文字实录。第7篇的讨论主题为“释放细胞和基因疗法的潜力”。更多报道请关注“药明康德”公众号。
2017年，两款CAR-T疗法相继获批上市，开启了肿瘤免疫治疗的新篇章。2018年，Zolgensma成为治疗脊髓性肌萎缩症的首款基因疗法，让患者看到了治愈的希望。2020年，FDA批准第三款CAR-T疗法Tecartus，为更多肿瘤患者带来了新的选择。人们说，细胞和基因疗法的时代已然来临。那么眺望未来，如何释放细胞和基因疗法的潜力，让它们造福更广泛的患者人群？20年后，细胞和基因疗法领域又将会呈现出一副怎样的新面貌呢？
在药明康德副董事长、全球首席投资官胡正国先生的主持下，4位细胞和基因疗法新锐公司的首席执行官从不同的角度分享了他们的深刻洞见。他们分别是Sana Biotechnology的Steve Harr博士，Sonoma Biotherapeutics的Jeffrey Bluestone博士，Encoded Therapeutics的Kartik Ramamoorthi博士，和Verve Therapeutics的Sekar Kathiresan博士。
殊途同归，释放细胞和基因疗法的潜力
胡正国先生：首先我想请教下大家，你们认为行业应该做些什么才能释放细胞和基因疗法的潜力。你们的公司在今后的3-5年里将会专注于哪些方面？
Sekar Kathiresan博士：我认为想要释放细胞和基因疗法的潜力，首先需要选择一个重要的健康问题。然后，通过细胞疗法、基因疗法、或基因编辑疗法开发一种独特的解决方案。在Verve公司，我们想要解决心脏病发作，它是世界上导致死亡的首要原因。我们正在开发一种一次性基因编辑疗法，它只改动你身体里细胞中的一个DNA编码，就能够关闭提高胆固醇水平的基因，从而永久性地降低胆固醇水平。
胡正国先生：Verve在科学上专注于哪些方面，让基因编辑产品更为安全有效，从而满足庞大心血管疾病患者群体的需求？
Sekar Kathiresan博士：对于心血管疾病来说，疗效当然很重要。我们需要证明这种“一劳永逸”的概念是成立的，它在降低胆固醇水平方面的效果是持久的。同样重要的是安全性，这包括两个方面：一个是对一次性治疗本身的急性反应，另一个是与脱靶基因编辑相关的问题。我们想要在基因组的一个位点上改变DNA编码，但不想在基因组的任何其它地方改变编码。所以我们需要找出一个方案，不产生任何脱靶编辑，或者如果出现了脱靶编辑，它不会引起任何不想要的后果，这是我们公司专注的重点之一。我们需要找到特定的指导RNA（guide RNA）和mRNA的组合，让它能够进行精准的靶向编辑而不产生脱靶编辑。
Steve Harr博士：我对这个问题的视角是我们真正创造的是一个工程设计的细胞。很多人会把它精炼为基因疗法或细胞疗法，但最终都要控制细胞的行为。我们可以选择在体内或者体外对细胞行为进行调控，在体内还是在体外操作所遇到的风险和未知有很大区别。体内细胞工程或者人们所说的基因疗法需要完成3件事：递送载荷（payload），调控基因组或者基因表达，进行临床开发和生产。
在这一领域，我认为目前大多数人在试图解决临床开发和生产方面的问题。对于基因或细胞疗法的大规模地生产，我们认为最具挑战性的是在递送方面。即将任何载荷以具有特异性和可重复性的方式递送到任何细胞中。我们在基因疗法或体内细胞工程方面花了很多精力在创新的递送机制上，尤其是细胞特异性递送和载荷多样性上。
对于细胞疗法或体外操作，我觉得它们更为复杂。它们的难点在于需要能够大规模地生产细胞，并让它们定植、行使功能、且具有持久性。在我看来，最大的挑战是持久性，尤其是如何克服对很多这类疗法的免疫排斥。这一领域目前选择使用自体细胞来解决这个问题，并取得了好的效果，但在扩大化生产、产品一致性和免疫抑制方面依然存在挑战。
所以在这方面，Sana公司的早期研发重点是如何能够将细胞伪装起来，让它们不被免疫系统发现，这是我们解决持久性这一挑战的策略。我们虽然在试图治疗多种不同的疾病，但实际上是在解决疗法开发过程中所面临的最基本的生物学和科学挑战。
Jeffrey Bluestone博士：Sonoma Biotherapeutics专注于关闭那些攻击我们自体的免疫反应，包括自身免疫性疾病，以及在很多疾病中导致严重大脑损伤的自身炎症反应。我们的策略是利用免疫反应的专门调节子——调节性T细胞。
我认为推动这一领域向前发展面临的挑战有几点。一是在自身免疫领域，我们习惯了治疗疾病的症状，不管是使用抗TNF抗体治疗类风湿性关节炎，还是使用胰岛素来治疗1型糖尿病。不过我认为医药的未来是向精准医疗发展，我们能够理解疾病的内在机制并且解决这一机制，调节性T细胞就是疾病内在机制的一部分。
开发基因疗法以及细胞疗法面对的另一个挑战是提供一款“活的药物”。就是说你能够简单地做一个剂量反应曲线，就知道应该输入多少细胞。我们希望开发一款具有持久性的药物，然而细胞疗法的持久性就像免疫系统的大部分组分一样，会出现细胞的扩增和缩减，再扩增和再缩减的动态持续过程。因此，如何控制输入到患者体内的细胞群体变得非常重要。
我们的策略是沿用癌症领域已经在使用的很多方法，为细胞疗法提供特异性，让细胞迁移到疾病症状最严重的部位，然后让它们在产生炎症的区域行使功能。如果你能够把调节性T细胞递送到发生炎症的区域，它们能够产生类似多种药物的活性，关闭炎症反应。
在细胞疗法这一领域，我们处于一个转折点。我们终于开始证明可以调节一些慢性病的进程，不仅包括那些未能有效治疗的疾病（例如克罗恩病以及某些类风湿性关节炎患者），还包括那些表征为组织损坏的疾病。很多我们正在开发的细胞疗法效力强劲的原因不仅是它们能够抑制免疫反应，而且还因为它们还能够提供修复组织的机制。它们不但能够关闭炎症，还可以提供让骨骼或肠道再生的因子。我们希望这种活性的组合能够成为一种有力的治疗工具。
胡正国先生：如果这种强力的药物能够被实现，那将改变这些疾病的现有治疗模式，目前我们只治疗症状。不过如何才能精准地选择和控制这些调节性T细胞？你们有只在功能异常的调节性T细胞中表达的精准生物标志物吗？
Jeffrey Bluestone博士：当思考细胞疗法未来会是什么样子的时候，我会从小分子的角度来考虑。比如，我们可以通过HPLC或者FPLC来检测小分子药物是否是我们想要的，那么我们如何在细胞疗法上做同样的事呢？现在这一领域正在通过表观遗传学特征来实现这个目的。细胞有特定的标志，一系列的基因标志就好像这些细胞的指纹一样告诉我们细胞处于什么状态。
就我们的情况来说，我们知道从患者体内获得的调节性T细胞中有些基因标志物是失常的。在将细胞输回患者体内之前，我们可以修改这些表观遗传学调节因子，它们不但可以提供生物标志物让我们知道输回的细胞比从患者体内取出的细胞更正常，而且还可以让我们长时间监控这些细胞以确保它们不会丢失那些对细胞功能而言非常重要的特征。
Kartik Ramamoorthi博士：在Encoded公司，我们在开发体内基因疗法。我们的策略是提高已被临床验证的载体（例如腺相关病毒载体）的精准度和特异性。我们聚焦于使用人类基因组中的序列——调控元件来提高精准度和特异性，这些序列通常是DNA中的非编码序列，它们指导基因表达的细胞类型选择性。通过将这些序列整合到腺相关病毒（AAV）等载体中，我们可以让它们对特定细胞类型或细胞状态产生选择性。
这让我们能够解锁一些需要靶向特定细胞类型的疾病。我们正在利用这种手段来治疗中枢神经系统的疾病，例如遗传性癫痫这样的儿科中枢神经系统疾病。如同Steve所说，基因疗法和细胞疗法某种程度上是工程化设计细胞的功能。在Encoded，我们通过使用体内基因疗法靶向这些细胞类型，提高这些细胞的功能和它们发放动作电位的能力，抑制过度兴奋，改变潜在灾难性疾病后果。这可能创造一种一次性的持久疗法，它能够功能性改变中枢神经系统的环路，解决这些疾病的一些关键性特征。
我们认为这是一种将基因疗法扩展到单基因疾病以外的潜在策略。目前大多数基因疗法聚焦在单基因或罕见疾病。我们认为，构建选择性靶向特定细胞类型或特定环路的载体，将开辟调节细胞网络功能的机遇，最终让我们能够治疗那些由于网络功能失常而不是单基因突变导致的疾病。
解决细胞和基因疗法的可制造性，需要哪些科学创新
胡正国先生：在细胞和基因疗法领域，我们面对的一个关键性挑战是这些复杂药物的可制造性。如何解决这一复杂的制造问题，以及扩大化生产和产品一致性问题？细胞是一个活物，这跟生产抗体分子不同，我们可以精确地知道抗体的结构、产品质量和纯度，而细胞有些时候是一个异质性的群体。所以，解决生产的复杂性问题才可能让细胞疗法治疗多种类型的疾病。Steve，您对这个问题怎么看？
Steve Harr博士：我认为我们目前还没有解决这些问题的全部答案。显然，这需要创新型公司（比如这里的4家公司）与像药明康德这样能够扩大化生产的公司进行合作。我认为这一领域未来的进展将源于几点：第一，创新和生物学方面的突破带来制造工艺的改变，而不是工程学上的某些进步。回顾一下生物制品的制造，我们曾经使用滚动的培养瓶来培养细胞，是基因泰克（Genentech）和其它公司发现了可以使用不同的细胞系来进行生产，永久地改变了这个领域。
第二、确定对于这些疗法最重要的生物学特征是什么，因为总有一些变量存在。其实大多数生物制品（包括大多数抗体）也存在一定程度的可变性，但重要的是我们能够知道与产品质量相关的关键性特征是什么。
Kartik Ramamoorthi博士：在Encoded，我们有着类似的看法。在制造方面需要很多科学突破和发现，而且这些科学突破和发现需要与对所开发产品的深刻理解匹配起来。所以，我们完全同意从公司的角度需要拥有这些核心能力，这对于我们能够将产品进一步推进至患者应用来说是必需的。而且，与药明康德这样的大型组织合作以扩大生产规模，将帮助我们最终实现将疗法广泛应用于所有患者。所以，我们认为这是这一领域的核心问题。
Jeffrey Bluestone博士：我喜欢这个讨论的一点是因为它重点关注理解细胞群或基因群的科学性和重要性。在生产方面，我经常被问到关于产品成本的问题，但成本并不是创新或挑战的驱动力。真正的驱动力是对我们所研究的细胞群产生足够的理解，从而尽可能以可靠、可重复的方式开发每一名患者的细胞群，作为治疗每个病人的方法。
我们需要具备监控这些细胞，确保它们能保持持久性和稳定性的能力，这样当它们被放入病人体内时才能保持原样。我们要用强大的生产方法来做到这一点，因为这些药物在放入患者体内后，可能在他们的一生中一直生存。当莱特兄弟（Wright Brothers）建造飞机并展示它们可以飞行时，他们并不担心飞机的成本将会是多少，他们担心的是如何确保飞机在空中安全飞行。我们需要确保细胞和基因正在以一种高效的方式做我们希望它们做的事情。制造能力是解决目前面对的科学挑战的关键。
Sekar Kathiresan博士：我们的产品实际上是基因编辑系统，它包含一个编码基因编辑器的mRNA和一个指导RNA。我们会用脂质纳米颗粒将这两种核酸链送到肝脏。因此，我们的产品会有六种组成成份，即两个核酸链和四种脂质成分，每一种成份的生产都是很有意思的过程。指导RNA大约有100个核苷酸，它通过固态合成法合成，使用的是近20年来合成寡核苷酸和siRNA的技术。mRNA是在体外通过DNA模板转录而来，然后需要被纯化。最后，把四种脂类物质和它们放在一起，它们会自我组装成一个磷脂单分子层，中间是核酸链。所以，这是一个复杂的产品。
在几年前刚开始的时候，我们以为这款药物的标准化和规模化生产将是一个主要的挑战。如果我们的产品最终能够起效，希望它能够治疗美国数以百万计的患者。在美国，大约有1200万例冠心病患者。所以这看起似乎是一个艰巨的挑战，但COVID-19的意外到来使得这些挑战得到了解决。一些COVID-19疫苗看起来很像我们的药物，例如辉瑞（Pfizer）和BioNTech公司的新冠疫苗就是核酸和编码刺突蛋白的mRNA，包装在脂质纳米颗粒中。因此，很多像大规模生产、生产脂质和mRNA的一致性问题得到了回答。
胡正国先生：Sekar，我想继续谈一下这种脂质纳米颗粒的递送机制。对于Moderna和BioNTech分别开发的COVID-19疫苗来说，这确实非常成功。据我了解，脂质纳米颗粒在针对肝脏的递送方面非常有效。您认为，我们是否有可能设计出脂质纳米颗粒将药物递送到身体的其他组织，例如大脑或肌肉？
Sekar Kathiresan博士：我们开发的脂质纳米颗粒目前能够有效靶向肝脏。当把这些携带编码基因编辑器的mRNA和指导RNA的脂质纳米颗粒输入体内时，它们会自动进入肝脏。不仅因为是首过代谢（ first-pass metabolism），而且还有肝细胞低密度脂蛋白（LDL）受体介导的脂质纳米颗粒吸收，这就是为什么它能如此有效地到达肝脏。
现在有些公司希望将脂质纳米颗粒递送到内皮、其他肌肉等组织，但必须对颗粒进行一定程度的工程化加工，甚至可能要在表面添加靶向配体使它们到达不同的组织，特别是当你想要高度特异性地递送到一个特定组织的时候。因此，我认为要是想这一目标还需要做更多的工作。
胡正国先生：你们对基因疗法递送技术的发展怎么看？显而易见， AAV、慢病毒载体目前是主流的病毒载体递送系统，但是它们的产量并不高。在你们看来，未来五年、十年内，是否会有更有效的病毒载体来递送基因？
Kartik Ramamoorthi博士：当然会有。这个领域都在致力于开发创新方法来推进不同细胞和基因治疗技术的应用。我认为会有各种不同的方法来增加这些载体的有效载荷，以及提高载体的靶向性和可生产性。从我们正在研究的载体中的调控元件或其它人正在开发的新型载体着手，可以增加载体的特异性，进而解锁这些机遇。正如Steve所说，我们在这个领域的愿望是希望能够在适当的时间触达任何类型的细胞和基因，我们正在为了实现这个目标而努力。
Steve Harr博士：病毒已经弄清楚了如何进入我们体内的每个细胞。既然大自然可以做到这一点，那我们需要做的就是研究这个系统、理解它、并利用它。我非常有信心把任何有效载荷送到任何细胞，以特定的、可重复的操作方式进行不受限的分配。接下来的10年里，我认为这是非常有可能实现的。想象一下如果你可以用细胞作为药物载体。细胞几乎可以触达身体所有地方。一个被伪装起来的细胞不会激发免疫反应，它可以携带巨大的有效载荷，它可以携带一个细胞核，然后可通过一种非常精准的方式将它输送到身体里的任何细胞。
Jeffrey Bluestone博士：作为一名免疫学家，我的整个职业生涯都在观察免疫系统有多么强大，Steve面临的最大挑战之一是免疫系统能够识别最微小的差异。但这里面也蕴藏着一个机会，那就是这些监视身体的细胞能够遍布在身体的各个角落。尤其是调节性T细胞，它不仅可在体内循环，而且还可以驻留在体内的组织中，监视身体中从毛囊到肠道的各种损伤。
在将来，我们可以将细胞简化为药物输送的机制，而不拘泥于细胞本身的功能。如果把这些和基因编辑、基因修饰、有效载荷开发结合起来，你可以想象出一幅一群细胞瞄准不同组织的画面。人们谈到的血脑屏障只对蛋白来说是个阻碍，对细胞来说不是。免疫细胞可以到达人体各处，所以我们将不仅仅是利用细胞内在的功能将它们开发成治疗药物，而且还会将其作为一种递送机制，触达可溶性蛋白质和其它疗法很难到达的人体部位。
胡正国先生：Jeff，您的想法非常棒。您所想的细胞治疗已经不只是我们今天所知道的CAR-T细胞疗法了。您的设想是把细胞作为递送工具，把疗法送到需要治疗疾病的地方。比如我们要改造这些细胞来治疗阿尔茨海默病。阿尔茨海默病是一种神经系统疾病，患者的细胞正在死亡。如果我们能够工程化改造一种细胞并将其运送到大脑中特定的位置，那可能会深刻地改变阿尔茨海默病的治疗方式。
Jeffrey Bluestone博士：我完全相信我们将会使用细胞递送药物。当我们谈及“细胞”这个词的时候，我们应该以更广义的角度来看待它，甚至可以将细菌视为另一种细胞。我们将使用各种不同的细胞类型来传递可调节的分子。在这些细胞中，有可以打开和关闭的调节系统。当CAR与阿尔茨海默病患者的细胞相互作用时，它会局部启动该组织的修复机制。我可以很容易想象到，在未来的十年中，一些新方法将会在科研院所的实验室中诞生，我们将能够向组织受损部位传递非常重要的调节分子和再生分子。
胡正国先生： Kartik，我在基因治疗方面有个问题。当前的AAV载体只能装载不超过4.7或4.8 Kbs的基因序列， 但是有很多疾病，需要递送的基因比这个要长。您认为能做些什么来开发一种可以递送任何长度基因的技术呢？
Kartik Ramamoorthi博士：在基因疗法中，传统上考虑的是通过病毒载体来传递感兴趣的基因，而传递基因的大小根本上取决于载体的携带能力。然而从基因调控的视角，有可能解决这个技术性的问题。与其让载体携带感兴趣的基因，那么能否考虑让它们携带编码调节基因表达的蛋白质的序列呢？它们可以携带转录因子、转录阻遏物（repressor）等等。这能够让我们在携带基因大小有限的条件下，仍然扩大基因治疗的范围。
在Encoded公司，我们正在尝试利用载体重演基因的内在表达模式。在特定类型的细胞中表达它们。在这些细胞里，它们不一定表达感兴趣的基因，而是表达转录因子或调节子，让我们能够在生理范围内调节目的基因的表达，这是迈向 “精准”基因疗法的重要一步。
未来20年，人类将为健康而改写基因组
胡正国先生：2020年是人类基因组第一次完成测序的20周年。自人类基因组测序以来，我们看到基因疗法、细胞疗法领域已取得了重大进展。展望未来20年，在2040年，这个领域的科学和技术进展将会是什么样的？
Sekar Kathiresan博士：在过去的20年里，我们一直专注于研究和解读风险相关的基因组，至少在创立Verve之前我在心血管遗传学方面所做的一些工作是如此。在我看来，未来20年人类将会为了健康而改写基因组。我们现在拥有的技术能够为了健康，非常精确地改变一个人DNA上的一个字母。我认为这项技术未来的应用会变得更为常规。
Kartik Ramamoorthi博士：我认为，在接下来的20年中，如果能消灭某些遗传性罕见病，将会是一件让人感到自豪和兴奋的事情。如果能真正了解导致疾病的遗传病因，并利用现在的工具来编辑、替换、控制这些基因，就可以使它们不再被视为罕见病。它们将不再是我们需要考虑的疾病，因为我们有真正的变革性方法。我认为借助现在的技术以及将来会出现的创新，在未来20年中很有可能实现这一憧憬。
Jeffrey Bluestone博士：我们对这些创新药物未来潜力的了解还非常有限，就像我们只了解基因组的很小一部分一样。无论是在基因疗法或细胞疗法体系里通过微 RNA（miRNA）来尝试改变基因表达的整个模块，还是像Steve的公司那样用细胞作为新的递送工具来促进生长、成熟和再生，这里面都有很多的机会。就像20年前，当我们在思考生物药这样的创新药时，我们想到的不是挑战和产能上的问题，而是把它们看作递送、治疗和治愈疾病的新方式。
Steve Harr博士：预测很难。我想给你们讲一个故事。20世纪90年代中期，我在巴尔的摩（Baltimore）上医学院，那里是艾滋病流行的三大中心之一，医院里有整整一层楼都是为了帮助艾滋病人。但在1996年，Crixivan获得批准后，开始了三联抗逆转录病毒疗法。1997年，他们关闭了那些帮助艾滋病患者的病房，将它们改成了癌症病房。我们都有过这样的经历，因为医疗技术的进步，我们不再需要结核病疗养院，不再谈论小儿麻痹症。
我认为，我们将能够关闭医院的多个楼层，而不只是一层病房！我希望能够去掉医学的某些专科分支！我真的很喜欢Sekar刚才提到的，在过去的20年里，我们花了很多时间去了解基因组。在接下来的20年里，我们将重写基因组，以治愈那些可怕的疾病。
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