基因治疗趋势和未来展望
本文节选自《Gene Therapy Trends and Future Prospects》，详细内容，请参考原文。
基因治疗的定义是将遗传信息转移到患者，以进行疾病的治疗。这种治疗方法的临床研究从1990年就已开始，当时主要用于治疗罕见的免疫缺陷疾病，到2019年，这种方法已经扩展到了近1,000项临床研究。作为其最直接的化身，用于遗传性疾病治疗的基因治疗方案的目标是水平足够高的转基因长期表达，以达到治疗效果，有时，这种方法也被称为增强基因治疗。转基因大多数情况下是突变基因的正常拷贝。治疗也可以通过RNA干扰或基因编辑工具，抑制有害基因的表达。新的编辑技术为在基因组中的精确位置纠正突变的基因提供了可能性，其可通过与供体模板的同源重组或使用碱基-编辑技术进行。尽管目前大多数获批的基因治疗产品和处于晚期临床开发的产品都基于基因扩增，某些基因编辑策略现在也已开始进入临床测试，很有可能在不远的将来改变整体商业局面。
基因治疗的类型
下图所示为在现代化开发中，基因治疗应用的大致分类。分类的第一级与治疗性干预策略有关 – 如基因扩增、抑制或编辑 – 以及涉及的特定分子工具。分类的下一层与治疗性药物底物如何递送给细胞有关，其分为两大类：病毒和非病毒平台。
基因治疗分类
基于病毒的基因递送利用从病毒开发而来的进化优势，以感染细胞，然后高效地将其基因负载整合进细胞的固有基因表达机制当中。目的基因被整合进病毒的“精简版本”中，其作为非复制性递送载体，保留必要的病毒性元件，以包装和递送功能性基因负载。
一个重要的考量是，靶细胞是否会继续分裂（如干细胞和T细胞），对此，递送的DNA整合进宿主细胞基因组、以复制传递给所有子细胞将至关重要。靶向不再分裂的长寿命有丝分裂细胞时，可以通过游离稳定(episomal stabilization)来实现每个细胞生命周期内，递送DNA的长期表达。
近年来，已经开发了多种病毒平台。但该领域主要围绕两种类型的病毒载体：用于基因组整合进分裂细胞的慢病毒（LV）逆转录病毒和用于将基因递送进有丝分裂后细胞的腺相关病毒（AAV）。表1所示为最近获批的基因治疗产品以及目前处于3期临床研究的产品，可见，大部分产品主要使用了这两种病毒载体。
最近获批或处于3期临床研究中的产品
值得注意的是，使用LV载体体外工程修饰患者细胞的商品化和先进临床项目 – 可同时定义为自体细胞治疗和基因治疗。相反，基于AAV载体的产品通常作为"现成"的异体产品而体内给药。尽管对于所有适应症来说，现成产品的直接体内给药当然是首选方案，但大多数行业专家对于LV载体体内给药仍有顾虑，主要是出于对插入性突变的安全考量、快速载体清除导致的效率局限性、以及无法限制其只递送给所需的目标细胞类型。因此，常见的操作是从患者分离所需的细胞，然后进行体外基因修饰，再回输给同一患者。体外处理过程会导致显著的生产和样品运输复杂性，需要使用患者特异性（自体）产品批次，以防止在回输后产生细胞排斥，这会显著提高产品成本（CoG），从长远来看，似乎不是一个可持续的方案。使用异体、而非自体细胞来源的第二代方案现在已经在开发当中，这可消除对患者个体批次的需求。然而，与体外细胞工程和扩增相关的成本及挑战依然存在。也有一些研究人员在开发真正现成的、基于LV的基因治疗产品，以实现直接的体内给药。
体外嵌合抗原受体（CAR）T-细胞生产工艺
非病毒基因递送方法可解决基于病毒递送的方法的某些局限性，并可实现以下潜在优势：
简单的化学表征
生产的简单性和可重复性
可容纳较大的“货物”包装
降低生物安全顾虑
但是，相比重组病毒系统，此类基因递送方法的效率相对较低，需要较大的治疗剂量，这就会引起相关的毒性问题。目前来看，这一问题对非病毒技术造成了较大的限制。但不管怎样，核酸稳定性的提高以及脂质和聚合物递送技术的优化，都在促进该领域的发展。最近，Smith等使用基于纳米颗粒的递送方式，证明了在小鼠模型中体内嵌合抗原受体（CAR）T-细胞的应用。研究人员使用转座子基因编辑策略，以将转基因整合到宿主细胞基因组，在活性分裂T细胞中达到了持久的CAR表达，获得了与使用LV载体相似的结果。
未来展望
考虑到正在进行中的临床研究数量的不断增加，以及细胞和基因治疗领域大量的合并、收购以及风险投资活动，基因治疗的前景确实非常光明。下图所示是来自再生医学联盟关于2020伊始的产品管线数据，而图4比较了近3年该领域的相关经济活动。但是，仍然有不少技术挑战有待解决。
截止2019年末的基因治疗临床项目数量
2017-2019年全球再生医学领域融资情况
提高病毒载体供应：增强病毒载体供应需从质粒的GMP生产开始，且需要在病毒载体生产方面取得重大进展，包括提高批次体积以及降低生产成本。解决供应限制和高成本的另一个可能途径是提高载体效价，进而降低所需的治疗性剂量。
提高AAV制剂的纯度：目前用于AAV生产的细胞培养方法主要基于三质粒转染，这可能导致生产批次中空衣壳的丰度高于含有所需基因“货物”的衣壳。
优化体外细胞工艺物流：近期的机会包括采用自动化、封闭式生产工艺以及向异体细胞来源转变。而长期来看，可能可通过直接体内递送至预期的靶细胞，而消除对细胞进行体外基因修饰的需求，这就需要开发安全且合适的细胞特异性产品。
克服对病毒载体预先存在的免疫性：患者的免疫对于基于AAV的基因治疗来说是一个重要问题，因为很大一部分人群已经有针对AAV的抗体。解决方案可能是开发改良的AAV株，开发基于新病毒的新型载体、以及优化非病毒递送方法。
提高治疗的持久性：提高基因治疗的全身性半衰期需要消除和/或降低针对其的免疫反应（包括先天的和获得性的）。
原文：N.F.Gordon, Gene Therapy Trends and Future Prospects. BioProcess International, 2020, 18(5): 10-13.
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