“宗师”操刀、投资人主理，这家公司用小分子药物“号令”肠道细胞分泌胰岛素丨专访Forkhead
当人体内的胰腺无法产生足够的胰岛素或人体无法有效地利用所产生的胰岛素时，糖尿病就开始占领病变高地。没有胰岛素人类就无法生存，患者们时刻在胰岛素缺失的严酷境地中寻求生路。
胰岛素是一种调节血糖的体内激素，由人体内的胰岛 β 细胞分泌，一旦胰岛 β 细胞的功能异常就会诱发糖尿病。根据世界卫生组织公布的数据显示，全球糖尿病患者人数从 1980 年的 1.08 亿上升至 2014 年的 4.22 亿，2000 年至 2016 年期间，糖尿病导致的过早死亡增加了 5%。
糖尿病并非单一疾病，它覆盖众多类型，1 型糖尿病和 2 型糖尿病是最为常见的两种，1 型糖尿病的胰岛 β 细胞绝大部分已被破坏，几乎不能分泌胰岛素，青少年或儿童期是高危发病人群；2 型糖尿病的胰岛 β 细胞尚有部分功能，产生胰岛素的能力并非完全丧失，有的患者体内胰岛素甚至产生过多，但胰岛素的作用效果却大打折扣，临床上把这种现象称为 “胰岛素抵抗”，占糖尿病患者 90% 以上，多在 40 岁以上成年人中发生。
体内胰岛素分泌情况的差异也决定了二者的治疗方案有所不同，1 型糖尿病只能通过注射胰岛素才能控制高血糖、稳定病情，而目前已有的口服降糖药和非胰岛素针剂全部无效；2 型糖尿病能通过合理的饮食控制、适当的口服降糖药或非胰岛素针剂治疗，在病程早期能获得一定的效果，但当这些治疗方案逐渐失效、胰岛 β 细胞功能趋于衰竭或出现严重的急慢性并发症时，患者最终仍然逃脱不了注射胰岛素的既定现实。这让终身注射胰岛素以及每天多次检测血糖已经成为大多数糖尿病人的归宿，他们正在承受生活不便、生理和心理层面的多方痛苦。
对于 1 型糖尿病患者而言，胰岛素的完全 “缺席” 正在将痛苦放大。
试想一下，如果不用终身注射胰岛素，仅通过口服一颗药丸就能让糖尿病患者的胰岛素重新开始分泌，这颗药丸不是某种巧妙包装的胰岛素，而是作用于肠道，并让肠道上皮细胞转化为拥有胰岛 β 细胞的功能的细胞，那会怎么样？美国生命科学初创公司 Forkhead BioTherapeutics（以下简称 “Forkhead”）正在探索一种全新的机制从而实现这个愿景。凭借这一思路，Forkhead 入选 Nature 评选的 2020 年 “最令人激动的科学公司”，并最终入围 “2020 年创业奖” 总决赛前四名。
Nature 给出高度评价的公司背后有哪些技术亮点？带着这一问题，Forkhead 共同创始人及前首席科学官，美国密西根大学分子、细胞和发育生物学专业博士林华接受了生辉的采访。
图丨林华（来源：受访者提供）
Forkhead 成立于 2017 年，总部在美国纽约。虽然成立时间不长，但其创始团队足以用 “星光熠熠” 来形容。
“Forkhead 的技术源于哥伦比亚大学教授 Domenico Accili（多米尼克・阿西利）的研究成果。” 林华说道，“如今技术已经逐渐走向成熟，我们开始了对科技成果进行商业转化的尝试，由 Accili 本人亲自操刀创建了 Forkhead，并担任公司的科学创始人。”
Domenico Accili 是糖尿病研究领域的泰斗级人物，是哥伦比亚大学医学院终身教授、纽约长老教会医院主任医师、内奥米贝里糖尿病研究中心主任、哥伦比亚大学医学院内分泌部主任。在糖尿病发病机理、胰岛素作用的综合生理学、胰岛 β 细胞衰亡机制等的研究中建树颇丰，2017 年，他曾获得美国糖尿病协会颁发的 “班廷奖”（全美糖尿病领域最高荣誉），现在仍兼任多家跨国药企糖尿病方向顾问。
图丨 Domenico Accili（来源：受访者提供）
“几十年来，Accili 教授一直在研究 FOXO 家族的转录因子蛋白。他发现当小鼠肠道中 FOXO1 基因被敲除后，无法表达 FOXO1 蛋白的肠道上皮内分泌细胞能够行使胰岛 β 细胞的功能并受血糖调控分泌胰岛素，随后他进一步在人源的肠道类器官中证实了这一机制。”林华说，“虽然科学界对 FOXO 家族以及 FOXO1 研究时间已经有一段时间，但在 2012 年以前研究方向主要聚焦在肝脏、肌肉、脂肪组织，但是对肠道内 FOXO1 功能的研究凤毛麟角，上述情况是由 Accili 教授首次发现，并在 Nature Genetics 和 Nature Communications 上发表了论文。
“当时还是投资人的 Charles Queenan（查尔斯・奎南）看到了这项研究，选择和 Accili 教授一同创立了 Forkhead 并担任公司的 CEO 。”林华说，“Charles Queenan 有化学工程和商科背景，早年间他从事的工作和生物关联并不大。但是在 20 多年以前，他的女儿在三岁的时候被诊断出患有 1 型糖尿病，这是他事业转型的转折点，也这让 Charles 专注于代谢病、尤其是糖尿病领域。”
图丨 Charles Queenan（来源：受访者提供）
资料显示，Charles 曾先后担任 PHB/Hagler-Bailly 高级副总裁、Amaranth Bio 执行副总裁、青少年糖尿病研究基金会 (JDRF) 风险投资高级副总裁、知名基金 PureTech 风险合伙人。
而林华本人早在 16 年就进入糖尿病等代谢病领域并在 Accili 的实验室做博士后研究，随后林华曾先后在默沙东、礼来中国、礼来美国担任高级生物学家、副总监等职务，带领团队开发糖尿病、肥胖、高血脂和 NASH 等适应症药物，拥有丰富的制药经验。
“Accili 教授决定创立公司时需要具备制药经验的人，将技术转化为药物，所以我来到公司成为第三个联合创始人。” 林华说道。
“公司去年 5 月份新招募了一名化学研发副总裁 Sandro Belvedere（桑卓・巴维蒂尔），是哥伦比亚大学的博士，有近 20 年的药物研发经验，曾在葛兰素史克（GSK）以及数家生物科技初创公司任职，在小分子化药研发上是很有建树的药物化学家。”
图丨 Sandro Belvedere（来源：受访者提供）
“偶然” 诞生的糖尿病口服药物
林华说，Accili 教授的发现源于一次偶然。
“当时，Accili 实验室的学生做了一个 FOXO1 基因被敲除的小鼠动物模型，目的是观察胰岛 β 细胞的分化过程，但偶然发现在小鼠肠道内出现了表达胰岛素的细胞，一开始 Accili 还以为是弄错了。” 林华笑言。经过多次重复，他们发现这一情况并非偶然。林华说，目前已有若干学校的 PI 从不同的角度重复过类似发现，例如过表达几个不同的转录因子，或者用基因治疗的方式在小鼠体内可以达到预期的效果。
“但这些研究使用的技术手段在成药性和商业化的角度有很大的风险和障碍。”
因此，林华重点介绍了 Forkhead 和其他研究的不同之处，“我们直接用小分子抑制剂去抑制 FOXO1 这个转录因子，通过口服给药就能让肠道上皮细胞分泌胰岛素来缓解病症。”
她补充说，经 FOXO1 抑制剂作用而分化的肠道上皮细胞，在基因表达和对葡萄糖浓度感知能力等性能上都与胰岛 β 细胞相似，不同的地方在于成年人体内胰岛 β 细胞增殖速度非常缓慢，但是肠道上皮细胞一生都在更新。从周期上来看，无论是小鼠还是人类都会在 5~7 天之内更新一代新的细胞。“这有很多好处。”
“糖尿病患者体内的胰岛 β 细胞存在功能受损，机体内存在的致病因子导致 β 细胞长期受到免疫攻击，这让机体分泌胰岛素的负担过大，长时间会造成内质网和线粒体损伤。但是完成分化的肠道细胞只能生存 5~7 天，自然凋亡后会由肠腔排出体外，并被新分化的细胞取代，所以肠道里的 β 细胞不会受到长期的代谢压力和自身免疫影响。”
林华还表示，虽然肠道内的分泌细胞只占肠道细胞总数的 1% 左右，但由于肠道上皮的巨大面积让内分泌细胞的总数远远高于正常人体内胰岛 β 细胞的总数。“高几个数量级，所以有足够多的细胞可以让我们去转分化为分泌胰岛素的细胞。”
她同时强调，1 型糖尿病患者体内的胰岛 β 细胞会收到人体自身免疫系统的攻击，而与其他的组织相比，肠道内部存在免疫耐受。“因为肠道不断在接触外源食物或微生物，所以肠道内的免疫环境与其他器官不同，目前我们得到的初步数据也证明在肠道分化出来的胰岛 β 细胞不容易受自身免疫系统攻击。”
图丨 Forkhead 研究背后的机理（来源：Nature）
转录因子 FOXO 是一个蛋白家族，除了 FOXO1，还包含 FOXO3/4 等亚型，并在众多器官组织中均有分布。
这是否会影响药物作用的靶向能力？林华给出的答案是不会。她对生辉解释道，FOXO1、 FOXO3 和 FOXO4 这三个蛋白在不同组织中表达的区域也不同，很多组织都会表达不止一个 FOXO 蛋白，但是在肠道内分泌细胞中最主要的是 FOXO1，所以抑制 FOXO1 就可以实现分化胰岛 β 细胞这个功能。“这几个 FOXO 蛋白还有功能互补性，中间存在代偿作用。”
关于后续应用的安全性问题，林华介绍了两个主要切入点，“首先，我们开发的化合物是对 FOXO1 有很高的特异性，但是对 FOXO3 和 FOXO4 的活性很低；另外，从药物化学和药代动力的性质来看，我们寻找开发的化合物在肠道内富集，或者可以通过肠道吸收以后到转移到肝脏，再由肝脏快速被代谢。这样在外周血里及其他的组织中，药物的浓度会很低，基本上只在肠道或者肝脏里面能够达到对 FOXO1 的抑制，对其他组织里的 FOXO1 不具备抑制能力。”
在肝脏中抑制 FOXO1 会带来可能的好处 —— 增进胰岛素敏感性，林华表示，这一作用糖尿病、尤其是 2 型糖尿病里可能有另外的好处。除此之外，林华强调，如果在肠道中大量抑制 FOXO1，背后带来的风险也非常小。她向生辉列举了一些数据，“第一，2014 年， Accili 教授在 Nature Communications 发表的研究成果显示，FOXO1 在人的肠道只在分泌五羟色胺的内分泌细胞中才有表达，在其他的细胞类型里基本没有表达。另外，其他研究也曾在小鼠肠道上把 FOXO1、3、4 三个基因全部敲除，小鼠没有出现不良性状，生命体征没有受到明显的影响。”
图丨相关论文（来源：Nature Communication）
但林华强调，小分子化合物的安全性还需要用试验去证明，但从遗传的角度来看，在肠道内部抑制 FOXO1 的风险较低。
目前，Forkhead 团队已经初步开发出了具备高度特异性且活性很高的化合物，林华称目前在还是在做进一步的优化。但她强调，初步实验数据显示，通过口服的给药方式，小鼠肠道细胞可以分化成表达胰岛素的类 β 细胞，并且在一些糖尿病小鼠模型里面可以看到降血糖的效果。
“2017 年，Accili 教授曾在 Cell 上发表论文，里面披露了部分 FOXO1 小分子抑制剂，并以这些抑制剂为基础开始进行优化，但目前 Forkhead 自己开发的化合物已经能远远超出那些已经发表的抑制剂，并且已申请独立的知识产权。”
林华认为，肠腔内的葡萄糖浓度通常远低于血糖的浓度，因为肠道对葡萄糖的吸收过程非常迅速，所以绝大多数情况下，肠道里面自由游离的葡萄糖水平很低，从蔗糖或淀粉内降解出来的单糖会立刻被肠道吸收。“尤其在小肠下部和大肠，基本没有没有游离的葡萄糖。”
同时，肠道细胞主要利用顶端膜上的转运蛋白 SGLT1 去感知肠腔葡萄糖水平，这个蛋白转运葡糖糖的 Km （亲和力）大约 0.5 毫摩左右，即使葡萄糖水平较低，肠道细胞也可以实现高效转运。但是感知血糖的转运蛋白 GLUT2 属于不同的蛋白家族，在胰岛 β 细胞、肠道内转分化的 β 细胞中都有表达，GLUT2 转运葡萄糖的 Km 大概是 5 毫摩，比 SGLT1 高 10 倍。“因此，转分化表达的胰岛细胞主要是表达 GLUT2，分布在肠道细胞基底膜，所感知的就是血糖的浓度，而不是肠腔里葡萄糖的浓度。” 林华说道。
“沉默” 的 BigPharma 和应用受限的干细胞疗法
采访的后期，林华和生辉延展沟通了目前用于治疗糖尿病的各种疗法和技术 —— 干细胞（多功能诱导型干细胞，IPSC）疗法和胰岛素包埋。
关于 IPSC 疗法，林华说，“我希望他们可以成功，但从技术上看还有很多障碍。” 林华补充道，“目前比较成熟的手段，还是从病人体内拿出细胞再去诱导为 IPSC，治病的花费对每个病人来说是一个天文数字。
林华以再生医学公司 ViaCyte 为例，她表示，ViaCyte 主要采用胚胎干细胞（ES）并利用 “现货” 细胞株的理念，计划通过技术手段防止机体的自身免疫去排斥来自异体的细胞。“但是即使成功了，想要植入细胞要仍要通过手术这一方式，而且这并不是一劳永逸的，因为细胞不可能长期在体内存活，每半年 / 一年就要更换一次。从病人、医生甚至是医院的医疗水平的层面看，会对病人会造成巨大不便和痛苦，同时还面临着高额花销。同时，对医疗水平的高要求决定了二三线城市的医院绝大部分无法完成这样的治疗。甚至对于 2 型糖尿病来说，用来包埋细胞的材料技术还远未成熟。”
林华说，包埋材料必须满足两个基本要求，第一，防止自身免疫细胞的攻击；第二，同时保证血里的各种营养成分——葡萄糖、氨基酸等能够及时的接触细胞以引起胰岛素的分泌，除此之外，还不能阻断胰岛素穿过包埋组织并进入血液。这对包埋材料有十分复杂的要求，所以这个技术其实远远没有成熟。
“因此，如果能做出一款口服药，无需冷藏，在室温下就稳定容易保存，同时门诊医生就可以开药给病人，从公共卫生的角度看将是完全不一样的前景。”
依托她本人在大型药厂的药物研发经历，生辉向林华抛出了新的问题 —— 如何看待大型药厂在糖尿病领域的动作？林华称，除了诺和诺德以外，其他大型药厂在糖尿病领域稍显 “沉默”，在早期研发中对糖尿病的布局也有所减少。诺和诺德主攻代谢疾病，仍然在糖尿病领域在早期研发中产生了大量投入。
林华认为，最近 5~7 年，2 型糖尿病治疗因为两种药物的成功上市取得了很大的突破 ——GLP1 激动剂和 SGLT2 抑制剂。他们除了能够降血糖、体重，还能减少心血管疾病和肾病的患病风险。
“这些是非常好的药，但是这两个药对 1 型糖尿病都没有用，因此在 1 型糖尿病的适应症上在绝大多数国家并没有获批，只有 SGLT2 抑制剂对于 1 型糖尿病在欧洲获批，但由于在安全性上存在巨大争议，市场采用率很低。此外，对 2 型糖尿病虽然一开始药效显著，但也只能减缓疾病的恶化，无法彻底消除疾病，所有的病人最后仍需要打胰岛素。所以从未被满足医疗需求来说，这些药虽然很好，但是还有大片市场无法满足，这也是为什么年全球每年胰岛素的销量仍然是一个天文数字的主要原因，因为仍然没有药物能够代替。”
面对大药厂在糖尿病领域的集体 “沉默”，林华认为主要有两点原因，一方面，大药企主要开发针对 2 型糖尿病的药物，因为 1 型糖尿病的市场小得多。而由于上述两种新药的出现，使得未来治疗 2 型糖尿病的药物需要具备更多优势，开发难度量级陡增；另外一方面，美国 FDA 的法规也对糖尿病市场产生了影响。2008 年 FDA 曾出台一项《指南》，《指南》要求，自 2008 年之后所有的糖尿病新药在临床 III 期试验中不仅要看到降血糖的作用，还要提供不增加心血管疾病风险的数据，这导致 III 期临床需要投入的病人数量、资金和时间大幅增长。此外，FDA 还额外要求，获批药物需要继续做 IV 期临床试验，以用更多信息证明药物没有引发心血管疾病的风险。
“12 年间，这项《指南》导致许多大药企认为在糖尿病领域的研发投入风险太大，所以自然而言的选择减少投入，这是一个很直接的原因。” 林华额外强调称，“面对这种情况，FDA 在刚刚于 2020 年发布了一项新《指南》，这可能代表了一种反思。FDA 意识到 2008 年的《指南》减少了制药行业在糖尿病领域的创新。所以在新发布的《指南》更加细分，明确标注了 III 期临床试验中需要包含的并发症，以及每一种并发症需要多少入组人数。仔细精读后可以发现，新《指南》中，III 期临试验需要的病人数量和完成时间可以降低很多，可能代表了监管部门期望进一步鼓励制药行业在糖尿病领域有更多的投入。
林华称，Forkhead 公司计划于 2021 年进行 A 轮融资，虽然是一家总部位于纽约的公司，但 Forkhead 与中国市场并不 “疏离”。“我们其实在中国做了很多工作，包括 CRO 等。公司 2019 年初种子轮融资的两个主要领头投资者都来自中国，凯泰资本和维亚生物。当然从市场上看，中国的糖尿病治疗是一个非常巨大的市场，未来我们也会持续关注这里的动向。
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