基因治疗行业发展概况

基因治疗行业发展概况

基因治疗行业发展概况（一）基因治疗概念基因治疗也称为细胞和基因治疗（CellandGeneTherapy，简称CGT，不包括未经基因修饰的干细胞等广义的细胞疗法），是一种利用基因治疗载体将外源的治疗性基因转导至细胞，再通过外源基因的转录和翻译，改变细胞原有基因表达以治疗疾病的方法。其作用方式一般包括：①用正常基因替代致病基因；②使致病基因失活；③导入新的或经过改造的基因。基因治疗药物主要包括基因治疗载体产品、基因修饰的细胞产品，以及具有特定功能的溶瘤病毒产品。目前临床试验阶段的基因治疗产品主要针对恶性肿瘤、罕见遗传性疾病等适应症。（二）基因治疗优势1、基因治疗为难治性疾病治疗提供新选择CGT疗法为某些传统疗法无效且难治的疾病提供了新的治疗选择。以急性淋巴细胞白血病（ALL）为例，ALL是一种起源于T系淋巴祖细胞的恶性肿瘤性疾病，原始细胞在骨髓异常增生聚集并抑制正常造血，导致贫血、血小板减少和中性粒细胞减少；原始细胞也可侵及髓外组织，引起相应病变。化疗通常是ALL的第一步，旨在迅速、最大限度杀伤白血病细胞，恢复骨髓正常造血功能。目前，联合化疗方案是治疗ALL的主要方法之一，尽管多数患者可以达到较好治疗效果，但仍有少部分患者化疗无效或化疗后复发患者。一般而言，对于复发难治性ALL患者缺乏治疗手段。2017年，FDA批准了诺华研发的药物Kymriah，成为全球首个获批的CAR-T产品，用于治疗难治或复发性B细胞前体急性淋巴细胞白血病，为化疗无效或复发的患者提供了新的治疗选择。2、基因治疗从根源治疗疾病，单次治疗带来长期疗效在生物体内，遗传信息的标准传递通常沿着DNA→RNA→蛋白质而逐级传递。基因表达的产物通常是蛋白质，大多数疾病发生时也多表现为蛋白质水平的异常。传统化药和大分子抗体药物旨在通过调节蛋白质的功能来治疗疾病，但CGT疗法往往直接靶向DNA，通过对DNA的调控来改变蛋白质的性状，实现从源头上对疾病的治疗，这使得彻底根治遗传性疾病成为可能。从根源治疗疾病也能实现单次治疗带来的长期疗效。3、基因治疗独特作用机制促成研发优势不同于传统小分子药物和抗体药物在蛋白质水平进行调控，CGT直接靶向DNA并发挥作用，因此对于致病基因清晰而蛋白质水平难以成药的靶点具有独特优势，例如在头颈鳞癌、结直肠癌和胰腺癌等许多恶性肿瘤中KRAS基因突变比例较高，但因KRAS表面光滑，完全位于胞内、与底物亲和力高、不同亚型同源性高等特征，导致靶向KRAS的药物进展缓慢，而对KRAS基因突变位点的研究将可以解决KRAS蛋白难以成药这一难题。此外，核酸序列的设计与合成相对于传统小分子药物和抗体药物难度较小，在开发出安全高效的如载体优化递送系统之后，CGT开发难度降低，研发成功率更高。（三）基因治疗发展历史基因治疗与分子生物学、基因组学和基因编辑技术等基础科学的发展关联十分密切。自1953年DNA双螺旋结构模型提出后，相关理论研究和技术取得了巨大进步，为基因的研究及应用奠定了基础。1972年，Friedmann和Roblin首次提出基因治疗的概念；2003年，全球首个基因治疗药物重组人p53腺病毒注射液（商品名：今又生/Gendicine）在中国获批；2005年，由腺病毒改造而来的溶瘤病毒治疗产品安柯瑞（Oncorine）在中国获批；2012年，基于AAV的基因治疗药物Glybera获EMA批准；2015年，Amgen的黑色素瘤治疗药物Imlygic成为FDA和EMA批准的首款溶瘤病毒治疗产品。2017年，美国SparkTherapeutics的基因疗法Luxturna获批，成为FDA批准的首款基于AAV的基因疗法；2017年，诺华的Kymriah成为全球首个获FDA批准的CAR-T产品；2017年至今，Yescarta、Tecartus、Breyanzi以及Abecma等多款药物获FDA批准。NMPA亦于2021年6月和9月批准中国首款CAR-T产品奕凯达®，以及中国首个1类新药CAR-T产品倍诺达®。2022年6月，美国基因治疗企业KrystalBiotech向FDA递交了全球首个以HSV-1为载体的非溶瘤病毒类基因治疗产品VYJUVEKTM（KB103，bercolagenetelserpavec/B-vec）的生物制品许可申请，用于治疗营养不良型大疱性表皮松解症，该产品此前已获得FDA授予的再生医学先进疗法资格、快速通道资格和孤儿药资格以及欧洲EMA授予的快速审批和孤儿药资格。其Ⅲ期临床试验结果显示，在治疗6个月时，与安慰剂相比（22%），67%的KB103组受试者创口完全愈合；在治疗3个月时，与安慰剂相比（20%），71%的KB103组受试者创口完全愈合；安全性方面，局部注射耐受性良好，大多数不良事件为轻度或重度，无药物相关的严重不良事件。2022年8月FDA已受理该申请。近年来，随着基础生命科学和前沿生物科技进步，全球创新药行业的发展逐步达到新的临界点。以基因疗法为代表的新一代精准医疗快速兴起，发展趋势明晰，对以小分子和大分子药物为主的创新药市场起到了重要的补充、迭代和开拓作用。近年来，部分重要的基因治疗药物已纳入美国、英国和日本等多个发达国家的医保体系。如同小分子药物和抗体药物引领生物医药的前两次产业变革，基因治疗将引领生物医药的第三次产业变革。基因治疗行业产业链分析基因治疗产业链可分为上游，中游和下游。上游是病毒载体的生产厂商。病毒载体的生产步骤包括：目的基因制备，病毒载体构建，重组病毒培养，重组病毒纯化，质量控制等环节，各环节涉及多种设备及试剂耗材。中游是基因治疗的制药企业，包括基因增补，基因编辑两类药企。下游则是各类罕见病/遗传病患者。包括2型先天性黑蒙症（LCA），脊髓性肌肉萎缩症（SMA），β-地中海贫血（TDT），A/B型血友病，遗传性视网膜病变等。基因治疗行业中国市场未来发展方向目前，基因治疗主要针对罕见病与肿瘤治疗。此后，基因治疗也将逐渐向其他疾病扩展适应症。例如，2020年2月，基因治疗公司Genprex宣布与匹兹堡大学达成一项糖尿病基因治疗技术的独家许可协议，将对胰腺细胞进行重新编程，以恢复其补充胰岛素的功能，从而治疗1型和2型糖尿病。目前糖尿病尚无根治的治疗手段，主要干预方式依然是注射胰岛素以控制血糖水平。如果这一细胞和基因治疗产品能够研发成功，将对糖尿病的治疗及慢性病领域产生重大影响。随着基因治疗研究的深入，未来的疗法将不再局限于处理人类基因组中的单个基因缺陷，构建合适的载体获得多个外源基因的高效转移与表达将对存在多个基因缺陷的疾病有重大意义。目前，应用最为广泛的载体当属腺相关病毒载体、慢病毒载体等。近年来，溶瘤病毒作为免疫疗法的新生力量，引起广泛关注，其相关研究也取得巨大进展，疱疹病毒、痘病毒、腺病毒成为目前研究较多的溶瘤病毒毒株。随着基因治疗研发的深入，病毒载体将更为多样化，不断提高导入效率以及安全稳定性。此外，非病毒载体例如裸露DNA、脂质体、纳米载体等因具有成本低、制备简单、便于大规模生产、安全性高、外源基因长度不受限制等优点也将成为重要研发领域。CDMO企业多样化的服务内容和积累的基因治疗基础研究与开发改造经验可以为基因治疗企业提供包括细胞与载体选择与优化服务、细胞系与载体构建和病毒包装服务、质量检测服务、临床阶段小规模生产服务以及后期商业化生产服务，节省研发成本和时间，提高成功率。相关研发生产平台齐全，可提供多样化的选择，并减少药企试错成本；专业的QA/QC人员和全过程的严格监管，可确保满足载体生产符合国家GMP质量标准。此外，一些CGTCDMO公司还可提供一站式新药临床试验申请（IND）和新药上市申请（NDA）等法规相关服务，进一步帮助药企加快研发进度。因此，基因治疗产业发展将带动CDMO的市场规模不断扩张。基因治疗对于罕见病和恶性肿瘤的治疗效果以及近年来医保对于基因治疗支付的积极探索，促进基因治疗商业化进展。以治疗SMA的Zolgensma为例，尽管其价格高昂，但在2019年获批后成为SMA的重磅疗法，美国商业保险机构Cigna对其全额药价覆盖，2020年销售额达到9亿美元。面临高昂价格的争议，CGT企业积极与各国政府及医保体系进行基于价值的多元化支付模式探索。这些支付模式的探索为CGT商业化逐步铺平道路，预计未来对于基因治疗多元化的创新支付模式将惠及更多患者。现已有CGT产品例如CAR-T细胞治疗已经取得临床成功，未来有着巨大的市场潜力，将持续成为热点研发方向。研发人员在进一步优化技术与临床疗效的同时，也在降低研发及治疗的成本。未来病毒载体优化及生产、CAR-T细胞等技术的逐渐成熟将带来成本的下降，基因治疗将扩展应用到更多患者治疗中。基因治疗行业上游上游是病毒载体的生产厂商。病毒载体的生产步骤包括：目的基因制备，病毒载体构建，重组病毒培养，重组病毒纯化（层析&过滤等），质量控制等环节，各环节涉及多种设备及试剂耗材。海外企业例如赛默飞，思拓凡等基本覆盖了病毒载体生产的全流程，我国基因治疗产业发展时间较短，但发展速度快，企业创新活跃度不断加强，整体产业链完整度不高，目前产品多集中在中游药物研发领域创新，对产业链上游的核心把控不强。国内企业在各环节上有所侧重，例如主营病毒载体构建的企业包括和元生物，药明生基，金斯瑞，诺唯赞等，重组病毒培养与纯化的企业包括宜明细胞等。上游的难点不仅仅在于基因开发，病毒载体的生产面临诸多工艺壁垒及人才壁垒。病毒载体生产的上游（USP）难点包括：质粒是AAV的主要成本来源，如何减少瞬时转染所需的质粒数量以及提高转染效率；如何提高细胞培养密度，扩大产能。下游（DSP）主要难点在层析纯化环节，目前病毒载体DSP整体收率仅20-30%，难点在于USP中存在的空壳病毒（不含有治疗基因但会引起免疫反应），如何降低空壳率。正是由于病毒载体的工艺开发难度大，国内具备良好病毒经验、工艺背景和丰富生产管理经验的复合型人才极度稀缺。病毒载体的生产有很高的资金壁垒。CGTCDMO需重资产投入（数亿美元），才能建立符合cGMP标准的厂房及设备。病毒载体生产的各环节需要的各类设备及试剂耗材，设备包括生物反应器，离心机，层析柱等，试剂耗材包括质粒、培养基、HEK293细胞等。我国基因治疗上游产业链环节创新较弱，虽有上海和元、北京五加和等基因治疗载体研发企业实现创新突破。然而，病毒载体生产所需的设备和试剂耗材基本依靠进口（这和其他IVD领域以及细胞治疗领域面临着同样的难题），成本更为高昂。基因治疗部分药物上市历史2003年中国国家食品药品管理局（SFDA）批准一种重组腺病毒载体表达p53治疗头颈癌的基因疗法药物今又生（Gendicine）。今又生被认为是第一款商品化的基因治疗药物。2005年SFDA批准用于治疗鼻咽癌的第一款溶瘤病毒药物Oncorine（重组人5型腺病毒注射液H101）。迟疑和怀疑伴随着Gendicine和Oncorine的使用，但是来自中国的这两款基因治疗药物仍然获得世界的认可。此后数年内欧美和中国都无基因治疗产品获批，直至2012年EMA批准首款基因疗法Glybera，开启基因治疗的元年。基因治疗行业概念基因支持着生命的基本构造和性能。其有两个重要的属性，一个是基因的物质性，另一个重要属性是信息性，信息的属性离不开传递，而一旦传递中途发生变故，误差的基因会导致生物体不能适应环境或者导致自身的毁坏。基因治疗（genetherapy）实际上就是DNA分子中核苷酸种类、数量和顺序的改变，导致遗传信息的改变而致病。由于癌变及遗传性疾病等是因体内某种基因缺乏、缺陷或突变引起的，因此对这种基因进行替代、修复和增补，就能治疗这些疾病，从而控制这些疾病的发生，故称基因治疗。基因治疗是指将正常的或者有治疗作用的外源基因插入到靶细胞中，修复靶细胞中有缺陷的基因，或者替代有缺陷的基因，从而达到治疗疾病目的的生物医学技术。基因治疗定义有广义和狭义之分，狭义的概念是指用具有正常功能的基因置换或增补患者体内有缺陷的基因，从而达到治疗的目的。广义的概念指把某些遗传物质转移到患者体内，使其在患者体内表达，最终达到治疗某种疾病的方法。随着科学家对遗传物质的作用机理的了解，科学家开始考虑如何人为干预遗传和表达的过程，基于基因技术发展，现已可以在分子水平对基因进行改造和修正。常规治疗一般是针对基因异常而导致的各种症状，治标不治本，而基因治疗是针对遗传疾病的根源-异常的基因本身，基因的异常是遗传疾病的本质，将异常的基因修正，或者用正常基因取代有缺陷的基因，那么外在的症状也将迎刃而解。目前，基因治疗根据治疗途径可以分为体外基因治疗和体内基因治疗。具体表现为基因增补和基因编辑。基因增补：利用递送载体，将外源基因导入病变细胞，其表达产物能修饰缺陷细胞的功能或加强原有功能。或是与相应的基因结合，影响原有基因的功能。是目前获批上市和临床在研阶段产品中，最主要的基因疗法技术路径。基因编辑：精确修饰特定目标基因，从而破坏有害基因或修复变异基因，包括ZFNs，TALEN以及2020年获诺贝尔化学奖的CRISPR/Cas9技术。以CRISPR/Cas9技术为例，Cas9蛋白在sgRNA的导向下，通过碱基互补配对，到达不同的靶部位，通过切割靶基因，对目标基因进行定点精确编辑，从而实现对患者原有基因组错误基因的改变与修正。基因编辑系统向临床的转化正处于早期阶段，目前尚无产品上市。基因治疗行业编辑技术定向精准，功能强大前述已经介绍基因编辑技术的技术路径以及发展历程。目前，在基因编辑领域，研发管线集中于CRISPR/Cas9技术。CRISPR/Cas9的三位发明者奠定其成为基因编辑领域三巨头的基础，EmmanuelleCharpentier教授，JenniferDoudna教授，以及张锋教授，分别创立全球领先的基因编辑公司CRISPR，Intellia，Editas。国内基因编辑管线整体仍处于临床早期阶段。进展最快的是博雅辑因的体外疗法ET-01，处于临床1期，体外疗法还有瑞风生物的RM001。体内疗法包括本导基因的BD111，北京中因的ZVS203e，以及辉大基因的HG-203。博雅辑因的ET-01产品用于治疗输血依赖性β地中海贫血症（TDT）。基因治疗行业市场情况前述提及基因治疗，基因治疗包括基因增补和基因编辑两大技术路径。目前，基因增补技术相对成熟，已有数款产品获FDA/EMA批准上市，为罕见病患者的治疗提供希望，在研管线也非常丰富，海外不少产品已进入拟上市/上市申请或临床后期阶段。基因编辑，作为定向精准且功能更为强大的技术，目前向临床的转化大多处于早期阶段，尚无产品上市，但多个临床试验正在进行中，且临床效果良好。Gendicine被认为是第一款商品化的基因治疗药物，由深圳市赛百诺公司研发，主要用于治疗头颈部鳞状细胞癌，是全球首个抗肿瘤基因治疗产品。通过携带有野生型p53基因的重组复制缺陷型人5型腺病毒，可通过表达抑癌基因p53，刺激机体产生特异性抗肿瘤免疫反应，上调多种抗癌基因和下调多种癌基因活性，从而增强抑癌作用，特异地引起肿瘤细胞程序性死亡，从而实现杀伤肿瘤的目的。目前，全球获批的基因治疗产品达到20余种，市场价格高昂，蓝鸟公司的基因疗法Zynteglo（定价210万美元），诺华公司的Zolgensma更是开出高达280万美元的价格，我国已上市的CAR-T产品定价分别是120万（益基利仑赛注射液）与129万人民币（基奥仑赛注射液），但为罕见和遗传性疾病以及无法治愈疾病带来巨大的希望。从2012年至2021年，FDA批准2款产品，EMA批准6款产品（2款是FDA先批准）。FDA批准的2款产品，均基于腺相关病毒AAV载体。2017年批准的Spark公司的Luxturna产品，用于治疗双等位RPE65基因突变导致的2型先天性黑蒙症LCA，以及2019年批准的诺华的Zolgensma产品，用于治疗2岁以下的脊髓性肌肉萎缩症SMA。EMA批准了6款产品。除FDA率先批准的上述两款产品，还有2012批准的uniQure公司的Glybera产品，也是基于AAV载体，是EMA批准的首款基因治疗产品，用于治疗脂蛋白脂肪酶缺乏症LPLD。目前海外基因增补产品的在研管线丰富。2022年即将有3款拟上市产品，以及6款拟提交上市申请BLA的产品，以及十几款已经进入临床3期的在研管线。纵观海外基因增补技术的在研管线，产品以体内基因治疗为主，且基于AAV载体；体外治疗大多基于LV载体。国内基因增补管线整体进展较慢，多处于临床1期，适应症集中于眼科遗传病和血友病。纵观国内基因增补技术的在研管线，产品基本为体内途径，且基于AAV载体，仅本导基因基于LV平台有相关管线。数家国内研发药企的管线获得FDA的孤儿药认定（ODD），包括纽福斯生物的NR082用于治疗Leber遗传性视神经病变，天泽云泰的VGB-R04用于治疗先天性凝血因子IX缺乏引起的血友病B，北京中因的ZVS101e用于治疗结晶样视网膜色素变性。基因治疗行业技术路径与机制基因编辑技术主要经历了三代发展，从重组核酸酶介导的技术向以RNA引导的基因编辑技术发展，成本逐步降低，周期缩短，靶向修饰效率不断提高。ZFNs技术是第一代基因组编辑技术，是由天然DNA转录因子衍生而来，其功能实现基于特异性识别DNA的锌指蛋白（ZFP）和FokI内切酶的核酸酶结构域组成。每个锌指蛋白可识别3个碱基序列，研究者可通过锌指蛋白的排列组合进行不同靶向指定编辑。通常使用的锌指蛋白筛选手段是噬菌体展示，以达到高通量筛选的目的。从2001年开始，ZFN开始被陆续用于不同物种的基因编辑。但是由于技术研发成本较高、专利垄断严重，造成以技术平台发展缓慢，直接导致应用和普及的滞后。特别是在第二、第三代基因编辑技术被开发出来之后，锌指蛋白的研究和临床使用频率大为减少。TALENs是与ZFNs结构类似但更加灵活和高效的第二代靶向编辑技术，核心蛋白由AvrBs3蛋白衍生而来。与ZFNs不同的是，该技术使用两个氨基酸组合来识别单个碱基序列，从而大大减少ZFNs容易脱靶的问题。得益于其低脱靶率，TALEN技术常被细胞治疗平台用于体外细胞碱基的编辑，特别是在嵌合抗原受体T细胞治疗平台开发中。可是依然高昂的研发费用限制该技术的大规模应用。CRISPR/Cas技术是基于原核生物抵御外来病毒及质粒DNA的一种适应性免疫系统开发而来的第三代基因编辑技术。通过人工设计的sgRNA（guideRNA）来识别目的基因组序列，并引导Cas蛋白酶进行有效切割DNA双链，最终达到对基因组DNA进行修饰的目的。其中Cas9蛋白和Cpf1蛋白是最为常用的蛋白酶。作为当今最为广泛使用的基因编辑技术，CRISPR/Cas平台有着ZFNs和TALENs无法匹敌的低价格、高灵活性、多靶向等优势。这些优势促使该产品从科研到临床的快速转化。当今，CRISPR/Cas技术广泛应用于体外分子诊断、基因标记、单碱基编辑等领域。以CrisprTherapeutics和EditasMedicine为代表的一大批新型医药公司正在传染病、罕见病癌症等领域进行大量基于此技术的临床试验。CRISPR/Cas作为革命性的基因编辑技术，优势明显；相较于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的开发周期更短，成本较低，靶向效率更高：①低廉的开发价格、较短的开发周期、简便的开发过程加速了基因编辑技术的迭代，促成CRIPSR/Cas技术的广泛使用。②简易的多重编辑、高靶向效率使CRIPSR/Cas成为基因工程研究的加速器，为临床转化奠定基础。自2012首次应用以来，CRIPSR/Cas已然成为基因编辑在科研和临床应用上的不二选择。除常见的遗传疾病领域的应用，CRISPR/Cas也在其他疾病领域有丰富的在研临床试验。CRISPR/Cas可编辑线粒体DNA、胚胎和RNA，在表观遗传标记和基因阻截中也有广泛应用。基因增补目前的技术路径主要通过各类载体的递送。基因增补过程主要为将正常功能的基因片段插入到异常的细胞中。目前基因增补手段主要依赖核酸药物，核酸药物按照种类又可划分为DNA药物（裸质粒等）、RNA药物[干扰RNA（RNAi）等]及反义寡核苷酸药物以及重组病毒类药物，其作用原理是借助一定载体将核酸药物传送进细胞内并进行复制转录继而从基因层面起到治疗效果；基因增补的技术难题体现在递送方式，当然这也是整个基因治疗的技术难题。基因治疗的研发优势，体现在一旦解决递送方式，研发难度反而较传统药物更低。无论是在体外还是体内进行基因改造，基因治疗的三大共性步骤包括：核酸序列的设计与合成、将目标序列递送至细胞中（体内或体外）和工业化生产。其中，核酸序列的设计与合成难度较小分子靶向药