先进治疗药物：基于mRNA、寡核苷酸的药物以及CRISPR/Cas 基因组编辑技术
本文节选自《Shifting Paradigms Revisited: Biotechnology and the Pharmaceutical Sciences》，详细内容，请参考原文或查看往期公众号文章《不断变化的生物制药模式：单抗和基于单抗的产品》
基因治疗产品、基于细胞的产品以及组织工程产品统称为ATMP（Advanced Therapy Medicinal Products）或细胞和基因治疗产品，它们代表了一类不同的创新生物制剂，可以按许多不同的方式分类。ATMP基于活细胞、组织或遗传物质。这些细胞和组织可以来自患者（自体）、健康供体（异体）或在较少情况下，来自动物（异源）。遗传物质通常是RNA或单链及双链DNA，通过质粒、纳米颗粒递送系统、病毒或细菌载体系统、细胞（即体外基因治疗）递送给患者。ATMP通过肠外途径给药，通常通过静脉输液或局部（如瘤内、眼内）注射。
在原文作者2003年的文章中，没有提到ATMP，因为当时这个领域还处于极早期阶段。也是在当前，中国批准了首个基因治疗产品（Gendicine），这是此类创新生物药领域的一个重要转折点。目前，在美国和欧洲已经有超过15个ATMP被批准，而且，这个名单还在不断增加。
ATMP，特别是基于细胞和组织的产品，在多个方面与传统生物药不同。例如，缺乏用于临床前安全性和有效性测试的动物模型，传统药动学-药代学（PK / PD）研究往往较难进行，剂量确定极具挑战性，结构-功能关系和免疫原性风险在很大程度上是未知的，正交和稳定性指示产品表征技术很难建立，没有现成的（大规模）生产平台技术，且细胞和组织较难进行除菌过滤。此外，ATMP的制剂开发仍处于初期阶段。简单地说，一些已上市的细胞产品采用细胞培养基制剂，即多种成分的复杂混合物，并在液体状态下储存有限的一段时间（几小时到几天）；其它一些冻存的产品含有低温保护剂（通常是二甲基亚砜），以延长保质期。
自1990年首次基因治疗临床试验开展以来，该领域遭遇了各种挫折。在临床试验中，载体安全性和免疫原性问题已导致2人死亡，但这也促使行业加倍努力，以提高用于基因传递的病毒载体的安全性。首个获得市场批准的基因治疗产品是2003年，中国FDA批准的Gendicine。Gendicine是一种表达重组p53的重组腺病毒载体，用于头颈部鳞状细胞癌的治疗。但直到2012年，欧洲才批准了第一个基因治疗产品:Glybera®，用于治疗脂蛋白脂肪酶缺乏症。不过，由于价格过高（每次治疗140万欧元）和需求不足，导致该产品在2016年退出市场。其它比较成功的基因治疗产品有Strimvelis®（用于治疗腺苷脱氨酶缺乏性重度联合免疫缺陷症（ADA-SCID）的离体干细胞基因疗法）、Imlygic®（用于治疗黑色素瘤的、I型单纯性疱疹溶瘤病毒的基因治疗产品）和Luxturna™（用于治疗伯氏先天性黑内障的、基于AAV的基因治疗产品）。Kymriah™和Yescarta™由在细胞表面表达嵌合抗原受体（CAR）的转基因自体T细胞组成，CAR可识别恶性B细胞表面标记CD19。尽管取得了一定的成功，但这些产品的高成本仍然是一个严重问题，限制了其全球推广速度。因此，必须探索新的法规框架，以实现替代性发展途径和创新的医保政策，确保构建一个可持续的卫生保健系统。
DNA/RNA：递送系统、特点和示例
2008年-2009年5月，欧洲和美国获批的ATMP
基于mRNA的药物
近年来，基于mRNA的药物获得了显著的发展。虽然外源性mRNA递送的首次概念验证可以追溯到1978年，但最初的研究受限于mRNA分子的不稳定性和免疫原性，以及缺乏有效的传递系统。通过对mRNA进行化学修饰，使其对核酸酶具有更强的耐受性，同时降低免疫原性，从而使mRNA的临床应用成为可能。此外，现在也已有改进的mRNA传递系统，如脂质纳米颗粒。到目前为止，多项基于mRNA的临床试验正在进行中，其中大部分应用于肿瘤免疫治疗、蛋白质替代、疫苗接种和基因编辑（编码Cas9核酸酶的mRNA）。未来，这些试验是否会产生一流的药物，让我们拭目以待。
基于寡核苷酸的药物
基于寡核苷酸的药物，包括反义寡核苷酸，不同于基因治疗产品，因为它们是化学合成的。严格地说，它们不是生物药。但是，它们与ATMP有许多相同的特点，所以在此进行讨论。小分子药物主要在蛋白质水平起作用，而寡核苷酸在DNA或RNA水平起作用，实现小分子药物无法轻易调节的细胞通路的修饰。此外，与作用更广泛的小分子药物相比，寡核苷酸药物通常对其靶点更具特异性。
基于寡核苷酸的药物已经发展了几十年，早在1978年就开始了第一次实验，而人体的第一次试验在1993进行。尽管获得了一些成功（例如，1998年获批的、用于治疗眼睛巨细胞病毒感染的fomivirsen)，其发展一直较为缓慢且困难，主要是由于药物底物的稳定性较差、可被快速清除、毒性问题、将寡核苷酸递送至正确的组织和细胞的挑战、以及高生产成本。更好的合成途径的发展和RNA干扰策略的开发，以及将寡核苷酸靶向靶向递送至特定组织或器官的传递系统的平行发展，推动了寡核苷酸治疗药物的复兴。截至2019年4月，已有9款寡核苷酸产品获得上市许可 ，且有20款以上药物处于晚期临床开发阶段。
这其中两种比较有意思的药物是inotersen （Tegsedi®，Akcea Therapeutics, Boston)和patisiran（Onpattro®，Alnylam, Boston），它们都用于遗传性转甲状腺素蛋白介导的淀粉样变性病的治疗，但具有不同的作用模式。Inotersen是一种反义寡核苷酸的水溶液，皮下给药，以降解编码突变型和野生型转甲状腺素蛋白的mRNA。Patisiran是一种小干扰RNA（siRNA），通过RNA干扰，靶向降解相同的mRNA，其被制成脂质纳米颗粒，用于靶向递送至肝脏。这两种药物都可降低残疾发生、提高生活质量，然而，对其成本效益仍然存在争议。
CRISPR/Cas 基因组编辑技术
除了通过基因添加进行基因治疗外，基因组的精确编辑也越来越受欢迎，因为从原理上看，这只需对基因组进行“微小”的改变，就纠正单基因性疾病。为此，研究开发了工程核酸酶，包括锌指核酸酶、巨核酶、TALEN以及CRISPR/Cas系统。后者的主要优势在于，与其它需要工程蛋白质结构域来实现序列特异性相互作用的核酸酶相比，其可以通过易于合成的引导RNA靶向特定的基因组序列。因此，CRISPR/Cas系统已经成为最流行的基因组编辑工具。CRISPR/Cas第一次在人体中应用于2016年在中国进行，科学家团队获得了癌症患者经基因组编辑的免疫细胞，其中，程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）被敲除，以避免这些免疫细胞由肿瘤诱导的沉默。2017年，CRISPR Therapeutics和Vertex Pharma率先在欧洲开始CRISPR/Cas的临床试验，目的是编辑地中海贫血患者的血液干细胞。在FDA对Editas亮起绿灯，允许其开始候选药物EDIT-101在伯氏先天性黑内障10型患者（最常见的儿童期遗传性失明）的临床试验后，CRISPR/Cas的第一次直接体内应用在2019年Q2/3开始。这些开创性的临床试验对于建立CRISPR介导的基因编辑的安全性也至关重要，因为目前尚不清楚对于免疫原性和脱靶基因组编辑等问题的临床前观察，在临床背景中影响如何。
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原文：D.J.A.Crommelin, E.Mastrobattista, A.Hawe, et al., Shifting Paradigms Revisited: Biotechnology and the Pharmaceutical Sciences. Journal of Pharmaceutical Science, 2020, 109: 30-43.
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