细胞与基因疗法颠覆性技术Top12

近期，Mass General Brigham宣布选出第六届年度“颠覆性技术”，即细胞与基因疗法颠覆性技术Top12，它们在未来几年内将对医疗健康产生重大影响。

1、新一代降脂疗法

目前研究人员已经找出了与胆固醇和脂质代谢有关的关键基因，这些基因可以作为降低胆固醇治疗的新靶点。RNA干扰技术（基因沉默技术）在体内可以有效阻止相关蛋白的合成，而不像抗体等药物来直接靶向或失活靶标蛋白。其疗效更为持久，若基因沉默药物为RNA核酸药物，则患者可以每间隔6个月进行一次RNA核酸药物的注射，若基因沉默药物为DNA核酸药物，则一次给药，药效持续时间相对RNA药物药效明显更长，其药效长短主要取决于DNA药物的具体药物形式。另一种长效疗法被称为CRISPR基因编辑技术，可以在患者基因组水平上对基因进行精确编辑，此疗法具有一次给药，终生有效的潜力。

2、针对两种常见血液病的基因疗法

目前，重大疾病，如镰状细胞病和β-地中海贫血只能通过骨髓移植来治愈，由于多数情况下缺乏合适的骨髓供者，且骨髓移植过程具有手术风险，急需新的可行疗法。一种新疗法是使用称为CRISPR的基因编辑方法，利用该技术重新开启胎儿期的γ珠蛋白的表达，代替有缺陷的β珠蛋白，很有可能成为缓解甚至治愈地贫的方法。这种基于CRISPR的基因疗法目前处于临床试验阶段，目前的临床试验结果令人鼓舞。其他针对状细胞病和β-地中海贫血的基因疗法也在进行中，包括基因替补等手段，而不是对原有缺陷基因进行修复。

3、碱基编辑器

基因组编辑技术正对生物医学产生重大影响，尤其是在基因治疗领域。如果说CRISPR是基因编辑的皇冠，那么碱基编辑器就是皇冠上的明珠。单碱基编辑技术曾被评为“Science年度十大突破”技术。传统的CRISPR基因编辑技术通过在靶点处产生切割，致DNA双链断裂(DSB)，进而诱发细胞内的同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ)修复途径，实现对基因组DNA的定点敲除、插入等编辑。但DSB诱发的DNA修复很难实现的单碱基突变。

单核苷酸变异会导致大约2/3人类遗传病的发生，也是许多动植物重要性状变异的遗传基础，已知人类基因组中有30,000多个点突变会引起疾病。因此开发一种精准且能够高效实现单碱基替换的技术尤为重要。

目前单碱基基因编辑疗法正在研发用于治疗一系列人类疾病，包括镰状细胞病、遗传性失明和遗传性高胆固醇血症等。有理由相信，随着单碱基编辑技术的不断发展，该技术将应用于更常见的疾病，如阿尔茨海默氏病。

4、非病毒载体

目前大多数基因疗法以病毒为基因载体，病毒载体仍旧是目前最为高效的体内基因递送手段，但仍有越来越多的研究人员将目光投向非病毒基因载体体内递送技术研究上，并取得了一系列的突破。今年2月发表在《Nature Biotechnology》  上的一篇文章显示，非病毒载体的研究正呈现出逐渐上升的趋势，相关专利数量已经接近全部基因治疗专利数量的一半。基于纳米材料、脂质体材料等开发出不同的增强基因传递的合成材料，研发人员正在研发越来越复杂的纳米颗粒载体，以最大限度地提高疗效且降低毒性（例如：增加核酸的稳定性、降低核酸的免疫原性、提高药物的靶向性等），随着技术的发展，若纳米粒子载体可以更为精确的靶向目标组织或器官，则有望被广泛的用于更多种类疾病的治疗。

5、动员骨髓干细胞

包括体外基因治疗在内的等一些疾病治疗手段，需依赖于骨髓干细胞，但是这些细胞不易获取且针对细胞的操作周期长。目前，研发人员正在开发一些新的方法，简化上述过程，降低操作风险，且使得体外基因转导修饰造血干细胞更容易。

6、针对视力受损与听力障碍的基因疗法

在美国批准上市的一款基因疗法通过AAV载体治疗一种罕见的遗传性失明，它的成功为目前正在开发的众多其他眼部基因疗法铺平了道路，人类大约有200个基因与视力疾病直接相关，基因疗法有巨大潜力来缓解或治愈这些眼部疾病。

研究人员还在针对另一个重要的感觉器官耳朵，开发新的基因疗法。根据世界卫生组织的数据，当今全球约有十亿人存在听力受损，每200名儿童中就有1名患有听力障碍，而每1000名儿童中就有1名聋人。这些情况中大约一半耳聋是由基因突变引起的，有超过150个基因与听力损伤或耳聋有关，但是目前还没有有效的药物来治疗耳聋，因此急需开发其治疗方法。不像眼睛，由于位置原因，将药物递送到内耳的耳蜗和前庭系统十分困难。为了帮助克服这一障碍，科学家们对基因治疗中使用的病毒载体进行了优化改造，以改造出能够有效穿透耳朵内部结构的病毒载体。

7、细胞基因疗法治疗帕金森病

帕金森病是一种慢性病，全球约1000万人患此病，其最主要的病理改变是中脑黑质多巴胺（dopamine, DA）能神经元的变性死亡，由此而引起纹状体DA含量显著性减少而致病。导致这一病理改变的确切病因目前仍不清楚，遗传因素、环境因素、年龄老化、氧化应激等均可能参与PD多巴胺能神经元的变性死亡过程。目前没有任何药物可以阻止多巴胺能神经元的死亡，研发人员正在开发一种基于干细胞的方法，可将患者自身来源的血细胞修饰转换为多巴胺能神经元，以替代死亡或病变的神经元，虽然这种细胞基因疗法也许不能从根本上治愈帕金森病，但它可以通过替换患者大脑中产生多巴胺的神经元，来恢复患者的运动能力，为患者提供一种功能性治疗方法。

8、干细胞疗法治疗糖尿病

全球糖尿病患病人数不断上升，全球平均增长率为51%，目前有4.63亿糖尿病患者，按照增长趋势到2045年全球将有7亿糖尿病患者。研究人员正在开发一种基于干细胞治疗1型糖尿病的方法，研发人员采用的干细胞是一种具有自我更新、多向分化潜能和高增殖能力的成体干细胞。它们不仅能够繁殖产生新的干细胞，而且还能分化为其他类型细胞，可修复受损的机体。这些干细胞可以在某些微环境中分化为功能性细胞，如分泌胰岛素的细胞。研发人员已开发出了一些不同的策略使干细胞转化为可生产胰岛素的细胞，来替换受损的细胞。随着这些技术不断发展，研究人员希望将其用于治疗另一种疾病：2型糖尿病。全世界有4亿多2型糖尿病患者，其中许多人需要长期频繁注射胰岛素，给患者带来很大痛苦，急需一次给药长期有效的新疗法。

9、通用型CAR-T疗法

CAR-T疗法是当下最先进的肿瘤治疗技术之一，是结合了细胞疗法和免疫疗法的基因疗法，此疗法原理可简要概括为：首先获得患者的T细胞，若干天培养后，通过病毒等载体将体外重组的识别肿瘤相关抗原的单链抗体基因和相关的信号转导基因导入患者自身T细胞，形成嵌合抗原受体T细胞（CAR-T），再把这些重新编码T细胞输回患者体内。这些T细胞在患者体内能够特异性识别并杀伤肿瘤细胞，同时介导体内其它的抗肿瘤活动。现在绝大多数的CAR-T临床实验都是使用的自体型CAR-T，但是病人自身的T细胞通常都存在质量与数量的缺陷；且自体型CAR-T的生产成本更加昂贵，大约为通用型CAR-T的五倍；自体型CAR-T需要私人定制，而通用型CAR-T能够做到现货供应（off-the-sheff），节约时间、无须等待，可以重复输注，降低治疗成本。目前，制备通用型CAR-T的思路主要有以下几种：（1）敲除TRAC基因；（2）在输注CAR-T细胞前，使用CD52抗体，清除宿主体内的T细胞和NK细胞，并且输注的异体T细胞上敲除CD52分子。（3）使用CAR-NK细胞。（4）基于诱导的多能干细胞（iPSC）构建异体通用CAR-T细胞。

10、人工改造的AAV载体：助力基因治疗的发展

自然界中存在着一种非致病性的病毒AAV，经改造后已被广泛用于基因治疗临床试验及临床前研发，已有几款AAV基因治疗药物获批上市。腺相关病毒是最安全级别(RG1)的基因治疗载体，潜在致病性极低，而腺病毒安全级别是RG2，逆转录病毒是RG3。此外，腺相关病毒载体还具有宿主细胞范围广、相对感染效率高、相对免疫源性低，目的基因可以以闭环DNA的形式存在宿主细胞内，整合突变风险低且在体内表达外源基因时间较长等优点，但在针对某些疾病的治疗上，存在一些不足或需要改进的地方，为了进一步扩大AAV载体在基因治疗方面的使用范围，扩大受益患者的群体数量和针对的疾病种类，研发人员正在采用一系列方法来改造AAV。例如：利用生物信息学、数据驱动、人工智能的方法来设计、改造AAV，以增加AAV的转导率，增强其特异性，降低其免疫原性。近期，将人工智能应用于基因治疗的生物技术公司Dyno Therapeutics从投资者那里筹集了1亿美元。该公司使用机器学习来设计基因治疗“载体”，旨在使治疗更安全有效。该公司称，筹集的这笔资金将加速其基因治疗载体的开发，这些载体可靶向肝，肌肉，眼睛和中枢神经系统。该公司还计划涉足新的疾病领域（包括影响心脏和肺部的疾病）。

11、反义寡核苷酸：神经退行性疾病新疗法

长期以来，神经退行性疾病的治疗和缓解药物都非常有限，且效果难以让人满意，而该领域的新药研发同样是令制药行业屡屡受挫。随着反义寡核苷酸新药研发的深入和一些治疗神经退行性疾病的反义寡核苷酸药物的获批上市，预示着反义寡核苷酸药物未来在神经退行性疾病领域具有的良好临床应用前景。反义寡核苷酸是人工合成的，与靶基因或mRNA某一区段互补的核酸片段，可以通过碱基互补原则结合于靶基因/mRNA上,从而封闭基因的表达。反义寡核苷酸的设计相对简单，因此通常比其他基因疗法设计得更快。在过去的四年中，FDA批准了多种新的反义寡核苷酸药物，还有更多的药物正在研发中，包括针对肌萎缩侧索硬化（ALS）、亨廷顿病（HD）和阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病的反义寡核苷酸药物。

12、针对胶质母细胞瘤的基因疗法

胶质母细胞瘤是成人最常见的脑癌类型，不幸的是，大多数患者被确诊后，在 1年到18个月内死亡。现在，研究人员正致力于开发一系列创新的治疗方法。一种方法是采用溶瘤病毒，溶瘤病毒并不是特定的一种病毒，而是指一类倾向于感染肿瘤细胞，同时在肿瘤细胞里面能够大量增殖，最终让肿瘤细胞裂解、破碎、死亡的病毒，其释放出的子代病毒颗粒再进一步感染周围的肿瘤细胞。一种方法是采用CAR-T细胞基因疗法，CAR-T疗法是当下最先进的肿瘤治疗技术之一，是结合了细胞疗法和免疫疗法的基因疗法。美国希望之城国家医疗中心的科学家结合了上述两种免疫基因疗法——溶瘤病毒和CAR-T细胞基因疗法，克服了肿瘤微环境的影响，成功靶向且根除了原本难以仅用CAR-T疗法治疗的实体瘤。另一种新的细胞疗法建立在十年前的一个重要发现上：在体内转移迁徙的癌细胞可以找到回到原来的肿瘤病灶部位，这种重新归巢现象启发研发人员通过基因工程改造病人自己的肿瘤细胞，使他们具有抗癌的特性，之后经基因修饰的癌细胞被回输患者体内，它们就可以归巢到肿瘤病灶，发挥抗肿瘤作用。

参考资料来源：

www.globenewswire.com

www.who.int

https://www.nature.com/nbt

https://news.medlive.cn

https://www.bwdbiotech.com

https://www.cn-healthcare.com