2023基因编辑原理治疗路径及全球研发进展报告

2023年深度行业分析研究报告2 基因编辑带来希望 科学原理：认识DNA——DNA缺陷伴随一生且可能影响后代 7什么是DNA？ DNA如何影响我们？ DNA与基因疾病和遗传性疾病 工程原理：基因编辑——精准定位、永久修正 9精确定位是基因编辑的核心 基因编辑VS.基因治疗：基因编辑具有永久有效的潜力 基因编辑带领生物药物进入新阶段 TALEN CRISPR 基因编辑治疗路径：体内VS.体外 结构与机理 永久纠正致病基因 精确靶向致病源头 LNP递送已得到验证 安全风险仍是重中之重，风险获益比是适应症选择的关键 20 设计和技术原理 21DNA修复机制不确定性较高 24 26人体免疫屏障可能降低AAV递送效率 26体内基因编辑 体外基因编辑 体外基因编辑助力细胞治疗 28多种人体免疫机制限制细胞治疗 28基因编辑改造细胞，尽量避免不需要的免疫机制 29基因编辑改造细胞，加强对肿瘤细胞的杀伤力 303寻找合适的策略和编辑位点，考验研发机构对细胞机制的理解水平 31体外基因编辑特点 32 案例1：NTLA-2001——体内基因编辑-基因敲除 33案例2：NTLA-2002——体内基因编辑-基因敲除 40案例3：NTLA-3001——体内基因编辑-基因敲入 44案例4：EXA-CEL（CTX-001）——体外基因编辑 46研发管线特点 534 7 8 10 11 12 13 14 16 17 18 20 21 22 23 25 26 28 29 29 30 30 31 31 32 33 34 35 35 36 365 37 38 39 39 40 41 41 42 43 43 45 45 46 46 47 47 48 48 49 50 51 52 52 53 54 54 55 556前言基因编辑带来希望基因是决定生物表征的重要因素。一般将基因宽泛理解为存储生物遗传信息的载体。基因的存在使生物能够保留优势表征，是高级生物出现的基础。但是基因的遗传也伴随着大量的不确定性，不确定性来自于生物活动的随机性，不确定性带来了进化的可能性，同时也带来了疾病风险。对于大部分有性繁殖生物来说，基因一半来自父亲一半来自母亲，因此后代可能因为基因的纯合或杂合导致父辈中未曾出现过的疾病。在人类以往的历史中，基因疾病往往难以治愈。由于基因深藏于人类身体最深处，难以从源头解决问题，通常需要长期服药以控制疾病进展，疾病负担较重。同时，许多基因疾病属于罕见病，治疗方案十分有限，导致较高的药物价格和较低的可及性，属于未被满足的医疗需求。随着基因编辑工具的不断进步，基因编辑疗法也进入了发展的快车道。TALEN、ZFN，以及几乎革新了整个基因编辑领域的CRISPR-Cas系统使基因编辑疗法变得触手可及。2020年，来自加州大学伯克利分校的JenniferDoudna教授和普朗克研究所的EmmanuelleCharpentier因在CRISPR领域的突出贡献获得了诺贝尔化学奖。与此同时，J.Doudna教授作为共同创始人成立的IntelliaTherapeutics，E.Charpentier作为共同创始人成立的CRISPRTherapeutics已成长为基因编辑治疗领域的领军者，两家公司均已有管线进入临床阶段，有望在不久的未来，为困扰人类已久的基因疾病治疗带来曙光。同时，基于基因编辑技术，方兴未艾的细胞治疗也有望迎来跨越式的发展。7科学原理：认识DNA——DNA缺陷伴随一生且可能影响后代了解基因疾病、遗传疾病前，首先需要了解致病机理发生的物质——DNA。脱氧核糖核酸（DNA）是人类存储遗传信息的物质。DNA通常由2条DNA链形成互相缠绕的双螺旋结构。DNA的基本组成单位是4种核苷酸：腺嘌呤（Adenine，A）、胸腺嘧啶（Thymine，T）、胞嘧啶（Cytosine，C）、鸟嘌呤（Guanine，G）。每个核苷酸由3部分组成：磷酸基、五碳糖、碱基。4种核苷酸的碱基不同。单个DNA链之间的核苷酸由五碳糖和磷酸基之间的共价键相连，2个链条间则由碱基之间的氢键相互吸引，形成双螺旋结构。2个碱基通过氢键相连的现象被称为碱基配对。碱基配对（basepairing）中A与T配对，C与G配对。图表1：4种核苷酸结构及碱基配对资料来源：NIHNationalHumanGenomeResearchInstitute，中银证券DNA通过蛋白控制影响着身体的活动和表征。DNA转化为蛋白质的过程分为两大步，第一步：DNA转化为mRNA，这一步骤称为转录（transcription），发生在细胞核内；第二步：mRNA转化为蛋白质，这一步骤称为转译（translation），发生在细胞质中。mRNA是DNA转化为蛋白质的中间体，这也是它名称的由来，即信使RNA（messengerRNA）。通俗来讲，DNA类似于底稿，DNA发生的改变会一直存在于体内，由此细胞分裂新产生的细胞也会继承这些改变，因此DNA的改变有很大概率会伴随一生，其中性细胞中DNA的变化甚至能够遗传至下一代。同时部分DNA片段会影响mRNA产生的速率与表达量。mRNA类似于说明书，能够指导自身细胞生产出特定的蛋白。蛋白则是最终生产得到的工具，对生物个体的各项指标直接产生作用。mRNA或蛋白的变化不会被继承或遗传。这一条转录转译链被称为生物学“中心法则”（TheCentralDogma）。8图表2：中心法则：DNA-mRNA-蛋白转化过程资料来源：T.Winslow,“TranscriptionandTranslation”,Nat根据美国国家癌症研究院的定义，遗传性疾病（hereditarysyndrome）通常指部分或完全由具有遗传性的基因或染色体异常导致的疾病。根据美国国家人类基因研究院的定义，基因疾病（geneticdisorder）指完全或部分由于DNA序列异常导致的疾病。遗传性疾病和基因疾病虽然不完全相同，但包含了很多重叠的病症。DNA作为人类遗传物质的存储载体，深藏在细胞核中。一方面受到细胞结构和人体免疫机制的层层保护，不易发生改变；但另一方面，在出现基因异常时，现有的医学技术也难以提供有效的治疗方案。同时，DNA异常通常会伴随患者一生，且有很大几率遗传至后代。因此，患者疾病负担大，且缺乏有效的治疗手段。除此之外，许多罕见病是由基因缺陷造成的。大部分具有缺陷的基因，会导致基因的携带者难以生存。由于基因是遗传信息载体，因此在长时间的自然选择中，这类基因难以被继承，所以许多基因疾病/遗传疾病都属于未被满足的医疗需求。9工程原理：基因编辑——精准定位、永久修正精确定位是基因编辑的核心基因编辑工具使人类拥有了定向改变DNA或RNA的能力。通过插入、删除、替代特定位点的核苷酸，我们能够改变基因表达，进而长久地影响蛋白序列或结构。援引发表在YaleJournalofBiologyandMedicine上的文章“GenomeEditing:Past,Present,andFuture”的内容，历史上，人类不断探索能够改变基因的方式。在20世纪时，人类曾通过化学疗法、放射疗法改变肿瘤细胞的DNA，扰乱肿瘤细胞的生命活动，以此消灭肿瘤。但这2种方法造成的基因变化是随机的，且难以精准定位。随着科学技术的发展，科学家们发明了3种重要的基因编辑工具：锌指（ZFN）、TALEN、CRISPR。现代基因编辑工具的出现不仅大大加速了科学研究，同时也给许多基因疾病的治疗带来的可能性。精准定位是基因编辑的重要能力，是实现定向编辑的第一步。靶向特定目标序列，而不是在DNA任意位置随意更改，使基因编辑成为可控的工具，并且规避不受控的基因突变带来的风险。不受控制的基因突变或不够精准的基因修改，常常会带来无法预测的肿瘤、免疫疾病等恶性病症。在精确定位的基础上，一个好的基因编辑工具还应该能够识别并定位到任意的设定序列。这样基因编辑才能够广泛应用于不同的基因疾病。许多基因疾病是由DNA的错误表达或过度表达引起的。通过基因敲除或抑制，便能达到较好的治疗效果。因此，仅仅依靠基因编辑工具进行定位，同时引入可控的酶在这一位点进行切割，便能大大缓解乃至治愈这类疾病。目前，大部分体内基因编辑疗法便是利用这一机理，对致病基因进行定随着生物技术的发展，科学家们已经开始了基因敲入的研发。相较于基因敲除，基因敲入更为复杂，往往需要基因编辑工具以及基因插入技术（例如病毒载体插入技术）共同完成，因此目前的进展落后于基因敲除疗法。但基因敲入带来了更多治愈疾病的可能性，尤其对于部分由基因过少或缺失表达引起的疾病。虽然名称相似，但基因编辑（geneediting）与基因治疗（genetherapy）有着本质的不同。基因编辑，通过对基因进行改造，纠正错误的基因。由于这一改变发生在原本的基因组中，因此，就算细胞发生了分裂，这一改变也会被继承。因此，基因编辑通常被认为具有永久纠正致病基因的潜力。更进一步，若这一改变发生在性细胞中，则这一改变将可能被后代继承。基因治疗，则是通过递送额外的基因进入细胞，使得细胞能够额外表达上述基因，但并不改变此前已经存在的基因。新的基因也不会被整合进入原本的基因组中，因此，在细胞发生分裂后，这一改变也不会被继承。理论上来讲，相较于基因编辑，基因治疗的持久性稍差。图表3：基因治疗vs.基因编辑治疗资料来源：GeneticEngineering&BiotechnologyNews，中银证券基因编辑带领生物药物进入新阶段人类对生物医药的探索不断，所掌握的药物种类不断丰富。从小分子化学药到生物药、核酸干扰药物（RNAi）、基因治疗、基因编辑治疗。随着药物种类的丰富，治疗能够触达的靶点也更为广阔：小分子化学药和生物药（单抗、双抗等）作用于蛋白质，RNAi作用于RNA，基因治疗和基因编辑则作用于DNA。图表4：药物迭代史资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券TALEN，TranscriptionActivation-LikeEffectorNucleases，是一种限制性酶。通过工程化改造后，具有切割DNA链特定位点的能力。TALEN主要分为2个功能域：DNA结合域（DNAbindingdomain）和DNA切割域（DNAcleavagedomain）。DNA结合域负责识别位点，引导切割酶至正确的编辑位点。DNA结合域的核心部分由相连的数个重复的氨基酸序列片段组（tandemaminoacidrepeats）组成，每个氨基酸片段组由33-34个单位的氨基酸构成，每个片段组对应DNA链上的1个碱基。每个氨基酸片段组的序列基本相同，除了第12-13个氨基酸不同，这两个位点被称为repeat-variablediresidue（RVD）。正因为这2个位置的氨基酸可变，因此通过控制这两个位置的氨基酸，基因编辑工具可以靶向DNA的4种不同碱基。每个片段组对应1个DNA碱基，数个前后衔接的片段组便可以靶向特定的DNA序列。图表5：TALEffector结构资料来源：Science，中银证券图表6：TALEffector中一个repeat单位的蛋白三维结构示意图资料来源：Nature，中银证券注：一个TALEffector包含多个repeats，图中结构为1个repeat的蛋白结构示意图。这些repeats几乎相同，除第12、13位点（以红色标示）不甚相同。这两个位点被称为RVD，不同的RVD与DNA不同的碱基亲和。RVD是TALEN可以工程化识别不同DNA序列的核心。图表7：TALEffector与DNA结合后的三维结构示意图资料来源：Science，中银证券注：1个TALEffector中包含数个repeats，每个repeat（以不同颜色区分）对应DNA链（中心的灰色双螺旋结构）上的1个单位碱基。左图为垂直于DNA链视角的正视图，右图为沿DNA链延伸方向的视角图。DNA切割域在DNA结合域的帮助下，来到选定的位点进行切割。FokI内切酶是常见的切割工具。FokI需要形成二倍体（dimer）来进行切割，因此TALEN通常由2条分别靶向DNA正链和反链的TALEN组成。TALEN将会切割2个靶向序列之间的位置。图表8：TALEffector+FokI二倍体资料来源：ActaNaturae，NIH，中银证券优势相较于ZFN，TALEN靶向性更强，毒性较小（可能由于更准确的亲和导致）。相较于ZFN，TALEN不需要选择或定向进化，节省构造时间和成本。相较于CRISPR，TALEN不需要PAM序列，理论上可选择的靶点更多。（但由于基因组中通常有多个潜在有效靶点，因此这一优势并不突出）劣势TALEN结构较大，对递送提出了较高的要求。常见的病毒载体慢病毒（lentivirus）和腺相关病毒（AAV）难以运送这么大分子量的“货物”。目前科学家尝试以mRNA的方式递送TALEN。相较于CRISPR，TALEN的制造流程相对复杂，成本较高。相较于CRISPR，TALEN的结构设计更为复杂。CRISPR仅需重新构建gRNA序列即可，而TALEN需要考虑DNA结合等因素。CRISPR，ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeat，来源于细菌和其他微生物。CRISPR是细菌对抗病毒入侵的重要免疫机制，通过识别病毒基因序列，CRISPR可以引导细菌内的生物机制对病毒基因序列进行摧毁和消灭，使病毒无法在细菌体内复制繁殖。CRISPR是细菌基因组内的一片由短小DNA重复片段（回文）和spacer组成的区域。当某一种类病毒首次入侵时，病毒的部分基因片段会被整合存储在spacer中。经过转录（transcription）和各类蛋白的处理，带有病毒基因序列的CRISPRRNA（crRNA）形成，并引导分子切割机制对病毒基因进行切割。由于序列直接由病毒基因复制得到，因此crRNA与病毒基因的识别匹配程度非常高。图表9：CRISPR对抗病毒入侵机制资料来源：SITNHMSHarvardUniversity，中银证券图表10：CRISPR结构资料来源：NewEnglandBiolabs，中银证券CRISPR机制赋予了一个可靠的定位机制。在此基础上，一个完整的基因编辑工具还需要切割机制来对DNA链进行切割。自然界中，细菌的CRISPR免疫系统中包含的Cas家族基因（CRISPR-associatedgene）便可以完成这一工作。Cas家族中包含多个不同的基因，拥有不同的功能或切割方式。图表11：CRISPR-Cas系统可选择不同的切割酶资料来源：NewEnglandBiolabs，中银证券gRNA负责是CRISPR基因编辑的定位器。gRNA由crRNA和tracrRNA组成。crRNA携带有目标序列的RNA。crRNA和tracrRNA形成互补结构，科学家进一步研究发现，将crRNA和tracrRNA相连，并不影响整体机制的运作和活性。形成的单链gRNA（sgRNA）更为便捷。Cas蛋白是负责切割DNA链的剪刀。Cas蛋白中，HNH域负责切割靶序列，RuvC域负责切割靶序列的互补链。切割位点与PAM序列相关。此前CRISPR无法在哺乳动物细胞中发挥作用，原因是CRISPR-Cas系统无法穿过核膜进入细胞核。张锋团队在Cas蛋白序列上添加了NLS（NuclearlocalizationsequenceNLS与入核载体相互作用，将Cas运载进入细胞核。优势易于操作，简单便捷。设计空间大，基本可以靶向任何靶点序列。成本较低。gRNA和Cas可以拆分递送。劣势CRISPR的gRNA长度有限制，可能导致脱靶事件出现。基因编辑治疗路径：体内VS.体外基因编辑治疗根据基因编辑发生的场景主要分为2条路径：体内（invivo）和体外（exvivo）。图表12：基因编辑治疗的2条路径资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券体内基因编辑指将基因编辑工具递送进入患者体内，基因编辑发生在人体内。而顾名思义，体外基因编辑治疗中，基因编辑发生在体外（例如实验室等通常需要提取患者细胞，在实验室中对患者细胞进行基因编辑，再将经工程化改造后的细胞回输至患者体内。整体流程类似于现有的CAR-T细胞治疗。两条路径各有优势，也各有不同的技术挑战。目前来看，采用体外基因编辑路径的公司相对更多。这一选择可能是由于体内基因编辑对安全性的要求更高、技术难度更大。体内基因编辑-基因敲除体内基因编辑是指将基因编辑工具递送进入人体，在人体中对致病基因进行编辑处理的治疗方式。从编辑方式来看，可分为敲除（knock-out）和敲入（knock-in）两种模式，也可同时进行敲除和敲入。敲除，顾名思义，即是将某些错误表达或过度表达的基因进行抑制，使得患者身体不再继续生产错误的蛋白。相反，敲入则是将患者缺失的基因递送进入体内，使患者能够正常生产之前缺失的蛋白。相较于敲除，敲入的技术难度较高，目前进度也相对滞后。从技术角度来说，敲入包含了敲除所需的所有技术步骤，同时还需要额外的插入技术。因此，本章节中将主要介绍敲除，在下一章节简单介绍敲入。图表13：基因编辑治疗的2条主要路径资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券目前这一路径的领导者是诺贝尔奖得主、UCBerkeley教授JenniferDoudna作为共同创始人的IntelliaTherapeutics。以Intellia的管线之一NTLA-2002为例，以此窥探体内基因编辑疗法的大概原理。NTLA-2002的有效成分由脂质微粒（lipidnanoparticle，LNP）包裹，以内含体（endosome）的形式进入细胞。药物有效成分主要由2种分子组成：靶向目标基因序列（此处NTLA-2002中，即KLKB1基因）的guideRNA（gRNA），以及编码Cas9的mRNA。Cas9mRNA在进入细胞质后被核糖体翻译为Cas9蛋白。Cas9蛋白与gRNA形成结合体，并进入细胞核。gRNA将结合体引导至设定的基因序列，Cas9对其进行切割。由此，致病基因不再能够产生致病蛋白。图表14：体内基因编辑治疗原理资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券由于体内基因编辑直接作用于人体DNA，因此其对基因的纠偏将被存储于人体的遗传信息中。细胞分裂后的子细胞将会继承编辑后的DNA。因此，通过一次高效的基因编辑，致病基因有望永久被纠正。这一特征已在Intellia的两个产品管线中体现。NTLA-2001，用于治疗由转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR）造成的神经疾病和心肌疾病，只需1次给药，便可使蛋白淀粉样沉淀长时间维持较低reduction”）。另一管线，NTLA-2002，用于治疗遗传性血管水肿（HAE），同样也只需1次给药，从目前的临床研究患者跟踪来看，药效明显且持续。由于1次给药即可发挥持久的药效，基因编辑疗法无需冗长繁琐的疗程，有望明显提高患者的依从性。由于CRISPR对基因序列的识别具有较高的精度，因此体内基因编辑治疗能够精确靶向致病基因，而不影响人体其他机制的正常工作。体内基因编辑疗法的主要作用成份是2种RNA，因此需要进入细胞后才可发挥作用。目前针对RNA疫苗及药物，最主要的递送系统之一便是脂质纳米微粒（LNP）。LNP递送系统在本次新冠mRNA疫苗中已获得了较为充分的验证。LNP由4种主要成分构成：可阳离子化脂质（cationicionizablelipid）、中性脂质、胆固醇、PEG。图表15：LNP结构资料来源：Pharmaceuticals，MDPI，中银证券其中，可阳离子化脂质是核心成分，它深刻影响着RNA递送进入细胞后的释放。在进入细胞前，可阳离子化脂质在常规的生理环境下呈中性。包裹RNA药物成分的LNP抵达细胞后，以内含体（endosome）的形式进入细胞。由于内含体内部环境逐渐酸性化（endosomalacidification），可阳离子化脂质质子化（protonate），与中性脂质互相作用，破坏原本LNP以及内含体的结构，使得RNA能够逃离，进入细胞质内。因此，一个优秀的可阳离子化脂质以及LNP结构能够在药物进入细胞前稳定LNP结构，保护运载的RNA；在进入细胞后，又能够充分打开包裹，使得RNA能够充分地释放到细胞质中，以实现较好的药效。20图表16：LNP结构及释放资料来源：Nature，中银证券LNP能够递送较大分子量的药物成分进入细胞。因此，能够较好地包裹gRNA和Cas9mRNA。LNP具有生物降解性。因其主要构成成分为脂质，可通过人体正常的代谢活动降解，对人体造成的负担有限。LNP安全性较好。相对于其他递送系统，例如病毒载体，其本身的免疫原性较低，因此不易引起免疫系统过度反应。LNP规模化生产相对简单，放大生产难度低，同时已有mRNA疫苗大规模生产的产业经验。LNP可通过外层结构设计，来靶向特定的器官或细胞种类。除技术方面外，使用LNP目前面临的一大挑战是专利问题。目前最常见的规避专利的方法是自主设计可阳离子化脂质的分子结构。这对研发团队在生物化学及分子生物学的素养提出了较高的要求。由于CRISPR-Cas基因编辑系统的底层运作必须经过双链断裂（DSB，double-strandbreaking），而DSB对于基因而言是一个较大的变动，其本身可控性较差，难以预测可能造成的结果，带来了肿瘤、免疫疾病的风险。相较于体外基因编辑可以通过质量控制来掌控进入人体的编辑产物，体内基因编辑无法进行类似的质量控制，因为体内基因编辑是将编辑工具送入人体内，在人体中完成编辑工作，因此，若出现脱靶事件，错误编辑的细胞仍会留在体内。因此，相较于体外基因编辑，体内基因编辑的安全风险更大，这也将是这类疗法面临监管审批时最大的挑战。因此，适应症的选择非常重要。在安全性未确定的情况下，未被满足的医疗需求，尤其是目前尚未有有效疗法，生存期较短和生存概率低的病症，可能是体内基因编辑治疗较好的选择。21体内基因编辑-基因敲入如上文所述，体内基因编辑相较于体外基因编辑难度更高，而体内基因编辑中，基因敲入比基因敲除难度更高。因此，基因敲入所需掌握的技术复杂，要求高。因此目前进展也落后于其他路径。从步骤上来看，基因敲除通过CRISPR系统gRNA和Cas在特定位点剪切DNA链，造成双链断裂（DSB），使靶点基因无法正常表达。根据Intellia的设计思路，基因敲入同样需要CRISPR系统先剪切DNA双链，再通过病毒载体（Intellia目前使用的是腺相关病毒AAV作为载体）在剪切位置插入缺失的基因。因此基因敲入由2个部分组成。第一部分由LNP作为递送系统包裹用于定位的gRNA和编码Cas（用于切割）的mRNA，在设定位点进行切割。第二部分由病毒载体作为递送系统，将患者缺失的基因递送进入细胞核，并整合进患者基因中。图表17：体内基因编辑-敲入治疗实现路径资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券AAV可将希望递送的基因片段包裹进病毒载体颗粒。病毒载体经细胞表面的受体识别，由内含体（endosome）包裹进入细胞内。进入细胞后，部分病毒颗粒从内含体逃逸至细胞质内，部分病毒颗粒则跟随内含体到达溶酶体（lysosome）后再逃逸进入细胞质。随后，病毒颗粒进入细胞核，并褪去外壳，将携带的基因释放出来。图表18：AAV基因递送原理22资料来源：Nature，中银证券原文注：DiagramofrAAVtransductionpathway.Adeno-associatedvirus(AAV)isrecognizedbyglycoofthehost.Thistriggersinternalizationofthevirusviaclathrin-mediatedendocytosis.AAVthentrafficsthroughthecytosolmediatedbythecytoskeletalnetwork.OwingtothesomewhatlowpHenvironmentoftheendosome,theVP1/VP2regionundergoesaconformationalchange.Followingendosomalescape,AAVundergoestransportintothenucleusanduncoating.AAVcanalsoundergoproteolysisbytheproteasome.TherearecurrentlytwoclassesofrecombinantAAVs(rAAVs)inuse:single-strandedAAV(ssAAV)andself-complementaryAAV(scAAV).ssAAVsarepackagedaseithersense(plus-stranded)orantgenomes.Thesesingle-strandedformsarestilltranscriptionallyinertwhentheyreachthenucleusandmustbeconvertedtodouble-strandedDNAasaprerequisitefortranscription.ThisconversioncanbeachievedbysecondstrandsynthesisviahostcellDNApolymerasesorbystrandannealingoftheplusandminusstrandsthatmaycoexistinthenucleus.BecausescAAVsarealreadydouble-strandedbydesign,theycanimmediatelyundergotranscription.Theviralinvertedterminalregenomecandriveinter-molecularorintra-molecularrecombinationtoformcircularizedepisomalgenomesthatcanpersistinthenucleus.Vectorgenomescanalsoundergointegrationintothehostgenomeatverylowfrequencie在上一步中，gRNA和Cas蛋白已在DNA上的特定位点进行了剪切。细胞的修复机制会试图将断裂的DNA重新连接在一起。常见的修复机制有两种，HDR（homology-directedrepair，同源介导修复）和NHEJ（non-homologousend-joining，非同源末端接合）。实现基因敲入需要HDR修复，而NHEJ无法帮助实现基因敲入。HDR：是最为重要且常见的修复方式，同时也是实现基因敲入所需要的修复方式。HDR通过模版序列来修复断裂的部分。模版序列可来自另一条姊妹染色体也可来自外部引入的DNA模版。模版序列的特征是拥有和断裂DNA两端相同的序列。HDR修复机制会根据模版序列将断裂部分填补上，因此，若以姊妹染色体作为模版序列，断裂的DNA将被恢复成原样；若以外部引入的序列作为模版，修复后的DNA将包含模版中间的序列。因此，设计的序列将在两端包含DNA断裂两侧的序列，中间则是希望敲入的基因序列。在通过AAV将序列递送进入细胞核后，便可作为模版序列供HDR对DNA进行修复，修复后的DNA便包含了希望敲入的基因。23NHEJ：作为最主要的DNA双链断裂的修复方式，本身具有较大的不确定性，在修复后常常会引入不同种类的突变（插入、删除、替换），因此可能会产生框架漂移，导致错误的基因表达。由于基因突变通常会抑制基因的正常表达，因此NHEJ一般能够在基因敲除中发挥作用。但在基因敲入方面，则不希望出现NHEJ，因为NHEJ重新连接断裂DNA的序列是不确定的。图表19：DNA双链断裂（DSB）后的2种修复方式：HDR和NHEJ资料来源：Bio-Rad，中银证券HDR修复机制是合适的修复种类，因为HDR可能采用利用AAV病毒载体递送进来的基因物质作NHEJ是不合适的修复机制。因为NHEJ修复仅仅将断裂的DNA连接起来，但如何连接是随机的。NHEJ不仅不会按照AAV递送的模板基因序列进行修复，还有可能引入其他突变。因此，如何使细胞尽可能多地采用HDR修复，是目前研究的关键点之一。24DNA双链断裂（DSB）的修复具有较高的不确定性。不确定性主要来自2方面：修复方式的选择和修复方式本身的随机性。首先，如上文所述，DNA双链断裂的修复机制主要是HDR和NHEJ。其中，只有HDR有可能实现基因敲入；NHEJ无法实现敲入，相反，NHEJ常常引入更多不确定的突变，例如：插入、删减、替换，有可能造成框架漂移，引起肿瘤或其他疾病。因此，在CRISPR系统引入双链断裂后，希望人体尽可能多地使用HDR作为修复方式，并尽量减少NHEJ的发生。但是，细胞会选择哪一种修复方式是不确定的，并且，修复方式的选择受多种因素影响。在一项发表在Nature的研究中，来自Bio-Rad和UCSF的团队试图量化HDR和NHEJ发生的比例，并找到增加HDR、减少NHEJ的变量。研究发现，影响HDR和NHEJ发生比例的因素多种多样，例如基因编辑工具的种类、Cas蛋白的选择、gRNA的组合、方向、细胞种类、编辑位点等，都会对HDR和NHEJ的占比产生影响。因此，针对不同适应症、不同基因位点、不同细胞种类，基因敲入治疗所需的gRNA、Cas蛋白、AAV序列等成分均需要新设计，同时进行排列组合，找出最佳搭配。在初始阶段，这一过程需要大量的实验验证，研发时间长，因此，如果能够成功，行业领军者将获得明显的先发优势护城河。当实验数据的积累足够充分后，后续的研发有望逐渐提速，因此，先发者的先发优势将有可能逐渐扩大。图表20：HDR和NHEJ被用作修复方式的比例受多种因素影响25资料来源：Nature，中银证券原文注：(a)ScatterplotsofdropletsshowingHDR-andNHEJ-inducingactivitiesofdualCas9-H840AandTALENatRBM20.Representative2DscatterplotsofdropletspositiveforNHEJ(blue)andWT(green)alleleswereobtainedfromHeLacellstransfectedwithdualCas9-H840AorTALENstargetingRBM20.BothsystemsfailedtoinduceHDR.(b)Quantifiedgenome-editingoutcomesatRBM20inHeLacells.HDR(red)andNHEJ(blue)allelicfrequency(%)isshown.(c)ScatterplotsofdropletsshowingHDR-andNHEJ-inducingactivitiesofCas9andTALENatRBM20.Representative2DscatterplotsofdropletspositiveforHDR(orange),NHEJ(blue),WT(green)alleleswereobtainedfromhumaniPSCstransfeinducedmoreHDRthanNHEJ(highlightedinbolditalic).(d)Quantifiedgenome-editingoutcomesatRBM20iniPSCs.HDR(red)andNHEJ(blue)allelicfrequency(%)isshown.ConditionsthatgaveequivalentormoreHDRthanNHEJarehighlightedinbolditalic.For(b,d),valuesaremean±SEM.(n=6).ThedifferencebetweenT-test(*p<0.05).S,sensestrandoligonucleotidedonor;AS,antisensestrandoligonucleotidedonor.TheassaysfromequivalentamountsofuneditedWTgenomicDNAweresubtractedfromeditedgenomicDNAs(SupplementaryFig.S6).Conditionswithlowactivityareshownin26不确定性还来自于HDR机制本身。虽然相较于NHEJ，HDR被认为是较为精准、不易出错的修复方式，但仍有可能因为基因重组反应（recombination）产生突变。综合以上两点，对于基因敲入至关重要的修复机制却有不可忽视的不确定性，这对于最终基因编辑能否正确成功完成提出了挑战。AAV，Adeno-associatedvirus，腺相关病毒，是一种单链DNA病毒。自然界中，AAV在许多脊椎动物中被发现，但目前普遍认为AAV并不会引起人类疾病。AAV衣壳呈二十面体，直径约26nm，AAV的基因组由正向或反向的单链DNA构成，长度约4.7kb，这也基本决定了AAV被改造为递送载体后它的载荷大致在这一水平。AAV基因组两侧分别有1个ITR（invertedterminalrepeat）作为侧翼，ITR呈T形，在病毒复制与包封过程中起重要作用。AAV作为载体时，将编码病毒蛋白的基因组去除，并用递送的基因序列代替。AAV的载荷在4.7kb左右，这其中除希望表达的基因外，部分情况下还包含调节表达的序列，例如启动子（promoter）。因此，AAV能够递送的基因材料相对有限。AAV递送可能会受到多种、多层人体免疫系统的抵抗，导致递送效率降低。中和抗体：感染自然腺相关病毒后产生的中和抗体在人体中循环。中和抗体能够识别AAV类病毒的衣壳，因此不仅靶向自然AAV，也靶向重组AAV。目前，有研究团队正在探索衣壳改造的方法，以规避免疫系统的检验，但目前还处于早期阶段。除此之外，也有空衣壳诱饵、血浆去除等其他策略正在研究中。另外，病毒衣壳还有可能诱导T淋巴细胞（CytotoxicTlymphocyte，CTL）免疫，AAV成功转化的细胞将可能受到攻击，导致成功进行了基因编辑的细胞被杀死。虽然相较于其他病毒载体（例如腺病毒载体AAV诱导的CTL强度较低，但仍然影响整体递送效率和基因编辑治疗的有效性。图表21：AAV递送可能会受到多种人体免疫机制的抵抗资料来源：Nature，中银证券27体内基因编辑特点1：体内基因编辑有望实现“一次给药，永久治愈”。特点2：相较于体外，体内基因编辑对技术的精准性和可靠性要求更高，因为基因编辑发生在人体内，所以无法通过质量控制环节筛除编辑失败的细胞。特点3：体内基因编辑主要可分为基因敲除和基因敲入。其中基因敲入环节更多，需要掌握的技术特点4：基因敲除通常使用LNP递送系统运输CRISPR编辑工具进入体内，基因敲入不仅需要LNP递送编辑工具，还需要递送修复模版（通常使用病毒载体AAV作为递送系统）。特点5：这一细分市场，参与者较少。目前IntelliaTherapeutics拥有较明显的领跑优势。28体外基因编辑体外基因编辑助力细胞治疗相较于体内编辑，体外基因编辑是竞争者较多的细分赛道。主要原因是体外基因编辑可以通过质量控制保证基因编辑的质量，将不达标的细胞去除，从安全性的角度来看更为可靠，也更容易被监管机构所接受。从某个角度来说，体外基因编辑是利用基因编辑工具赋能细胞治疗。目前的细胞治疗，受制于细胞免疫机制，以自体型为主。但自体型细胞治疗的缺陷也较为明显：首先，由于所有细胞均来自于患者自身，因此成本较高，也无法规模生产，导致价格一直居高第二，由于每个患者接受的细胞治疗都是个体化产品，因此制备所需时间较长。同时，治疗过程较为繁琐，对患者的生理和心理的消耗较大。由于自体型细胞治疗有着上述的种种缺陷，通用型（Allogeneic）细胞治疗吸引了大量关注。相较于自体型细胞治疗，通用型细胞治疗的优势在于：环节减少，不需要从患者体内提取细胞，减少患者负担。产品一致性更佳，因此有望实现规模化生产，成本可能降低。但挑战也随之而来，自体型细胞治疗最大的障碍便是降低免疫排异反应。排异反应来自多个人体免疫机制，例如T细胞和NK细胞（与HLA基因相关）。同时，若输注的治疗细胞量较大的话，输注细胞可能会对人体细胞产生排异（与TCR相关）（GvHD）。图表22：细胞治疗受到多种细胞免疫排异机制的抵抗资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券29基因编辑改造细胞，尽量避免不需要的免疫机制通过基因编辑，尽量干扰或阻断引起排异反应的信号通路。图表23：Intellia降低排异反应的策略资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券Intellia在此提供了一些可能的改进思路。例如：通过敲除治疗细胞的TCR来避免移植物排斥宿主病（GvHD通过基因敲入引入CAR或TCR来增强细胞对肿瘤的杀伤；敲除II型HLA基因来避免CD-4介导的排异反应；敲除HLA-A来避免CD-8介导的排异反应；调整HLA-B和HLA-C来避免NK细胞介导的排异反应。图表24：CRISPRTherapeutics降低排异反应的策略资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券CRISPRTherapeutics第一代体外基因编辑产品设计也遵循类似的设计理念：通过敲除β2M来去除MHC1的表达，使CAR-T细胞不容易被患者的免疫系统识别；通过干扰TCR的表达，使CAR-T细胞不再排斥患者体内的细胞；利用CRISPR技术，将CAR序列精准插入至TRAC位点，提高一致性和安全性。30基因编辑改造细胞，加强对肿瘤细胞的杀伤力通过基因编辑，除了可以干扰或阻断引起排异反应的信号通路，也可以增强治疗细胞的有效性。CRISPRTherapeutics第二代体外基因编辑产品是针对肿瘤的一款细胞治疗，产品设计在第一代基础上继续改进：通过干扰Regase-1的表达，使细胞素分泌增加，增强对肿瘤细胞的毒性；敲除TGFBR2，使CAR-T细胞对肿瘤细胞分泌的TGF-β不再敏感，加强杀伤。图表25：CRISPRTherapeutics第二代CAR-T设计资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券图表26：CRISPRTherapeutics第二代CAR-T设计原理资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券CRISPRTherapeutics第一代体外基因编辑产品的设计主要利用基因编辑技术增强了产品的安全性，避免不必要的免疫排斥。第二代体外基因编辑产品设计在第一代基础上的改进主要是为了增强工程细胞对肿瘤细胞的杀伤力。对不同基因的编辑，给细胞治疗带来了更大的设计空间，更多的改进方向。31寻找合适的策略和编辑位点，考验研发机构对细胞机制的理解水平基因编辑提供了有力的改进细胞治疗的方法和工具箱。如何利用好基因编辑，使基因编辑发挥最大的效益，考验研发团队对细胞机制的理解水平。CRISPRTherapeutics提供了一个范例。CRISPRTherapeutics的研发人员们发现，CAR-T细胞不需过长的体内留存时间。CAR-T细胞在人体内的PK特征呈现较明显的3个阶段。第一阶段CAR-T细胞寻找肿瘤所在的靶点；第二阶段CAR-T细胞开始扩增，攻击肿瘤细胞；第三阶段，CAR-T细胞被自身免疫系统清除。研究发现CAR-T细胞进入体内后便内快速响应，一般不需留存28天便能实现持续的病情缓解。此外，NK细胞未在肿瘤处聚集，意味着继续降低CAR-T免疫原性的收益不高。因此，研发团队转向寻找提高有效性的方案。图表27：CRISPRTherapeuticsCAR-T产品CTX130药代动力学特征资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券图表28：NK细胞未在病灶聚集，说明NK细胞对CAR-T细胞干扰有限资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券随后，CRISPRTherapeutics的研发团队对各位点以及组合进行了研究筛选，找到肿瘤抑制效果最好的组合，将其纳入新一代药物的工程化改造策略中。AI可能能够提高这一筛选过程的效率。32图表29：对不同位点和组合进行改造，探究肿瘤抑制的最佳策略资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券体外基因编辑特点特点1：相较于体内，体外基因编辑安全性、可控性更佳。特点2：许多体外基因编辑管线可以看作是细胞治疗的升级，是使用基因编辑技术赋能细胞治疗，改善治疗细胞的免疫原性、提高安全性、增强针对肿瘤细胞的杀伤力（若适应症为癌症）。特点3：针对不同适应症，可进行不同的设计，使治疗细胞的不同能力得到加强。特点4：基因编辑提供了大量细胞治疗升级的可能性，但哪些方向、策略最有价值，非常考验研发团队对细胞机制的理解和积累。AI在其中可能能够提升筛选效率。特点5：CRISPRTherapeutics与Vertex合作开发的Exa-cel有望成为首个获批的基因编辑疗法。该产品用于治疗TDT和SCD的上市申请已于2023年1月获EMA受理，于2023年4月3日完成了向FDA提起的BLA。Exa-cel已获得FDA授予的RMAT、快速通道、孤儿药认证，和EMA授予的优先药物（PRIME）认证。33全球研发进展NTLA-2001是IntelliaTherapeutics目前进展最快的管线之一。NTLA-2001用于治疗由转甲状腺素蛋白淀粉样变性（TransthyretinAmyloidosis，ATTR）引起的疾病。目前已开展了2项临床I期研究，分别针对由ATTR引起的多发性神经疾病和心肌疾病。ATTR蛋白淀粉样变性是由于错误折叠的转甲状腺素蛋白不断积累产生的。ATTR主要影响神经及心脏功能。根据Intellia官网2023Q1CorporateOverview信息，全球范围内，受遗传性ATTR困扰的患者规模约50000人，野生型ATTR患者20-50万人。ATTR伴随心肌疾病患者诊断后的预期生存周期约2-7年，ATTR伴随多发性神经疾病患者的预期生存期约10年。ATTR可能引起多种不良反应，例如心衰、呼吸困难、虚弱、知觉丧失等，且治疗通常需要延续一生，疾病负担较重。研究证明TTR基因表达的抑制，可以改善ATTR引起的多发性神经疾病的症状。此前，FDA批准的首个siRNA药物Patisiran（商品名Onpattro，由Alnylam公司研发）通过小核酸干扰机制抑制TTR蛋白的表达，改善了患者症状。在Patisiran的研究中，研究者发现改良神经病变损伤评分mNIS+7与转甲状腺素水平有着密切联系。图表30：转甲状腺素水平与mNIS+7神经损伤评分关系资料来源：NEJM，中银证券目前全球对于ATTR的治疗手段非常匮乏。在2017年FDA批准siRNA药物Patisiran上市前，几乎没有有效药物，只能通过肝脏移植以及仅在部分国家获批的氯苯唑酸进行治疗。ATTR是一种典型的医疗需求未被满足的罕见病。近年来，FDA陆续批准了Onpattro、Amvuttra、Tegsedi、Vyndamax、Vyndaqel用于ATTR引起的不同病症。但上述药物价格都较为昂贵。34图表31：现有用于治疗ATTR的相关药物资料来源：Businesswire,ATTR是一种典型的医疗需求未被满足的罕见病。随着RNA药物、基因治疗和基因编辑技术的进步，许多公司将ATTR作为最早的研发管线目标之一。近年来，随着RNA药物、基因治疗和基因编辑技术的进步，许多公司将ATTR作为最早的研发管线目标之一。临床设计Intellia的NTLA-2001已进入临床I期研究，这是一项针对2项适应症进行的开放标签、多中心研究。研究分别对药物在遗传性ATTR引起的多发性神经疾病（ATTRv-PN）和ATTR引起的心肌疾病（ATTR-CM）的治疗展开了探索。两个适应症的给药方式均采取1剂次静脉注射（IV）。两个适应症的研究均分为两个部分，第一部分为单剂次剂量爬坡，第二部分为剂次扩张（以第一部分研究后选定的剂量为基础）。35图表32：NTLA-2001临床I期研究设计资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券主要临床终点为安全性、耐受性、PK及PD，对血清TTR水平进行监测。次要临床终点分别对神经功能和心脏类疾病进行监测评判。针对ATTRv-PN多发性神经疾病，单剂量爬坡研究设置的剂量组分别为1.0mg/kg、0.7mg/kg、0.3mg/kg、0.1mg/kg。次要临床终点中的评判标准为NIS（神经损伤评分，neuropathyimpairmentscore）和mNIS+7（改良神经损伤评分+7，modifiedNIS+7）。图表33：NTLA-2001临床I期针对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的设计资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券针对ATTR-CM心肌疾病，单剂量爬坡研究中，研究者根据NYHA分类将患者分为3个组别：针对I型/II型患者给药0.7mg/kg、针对III型患者给药0.7mg/kg、针对I型/II型患者给药1.0mg/kg。次要临床终点的评判中包含了心电图、生物标记物、心肺测试、6分钟行走测试。36图表34：NTLA-2001临床I期针对心肌疾病（ATTR-CM）的设计资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券NTLA-2001在两项适应症的研究中均出现了较高的不良反应概率。在针对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的研究中，所有15个受试者均出现了不良反应，其中1级不良反应73.33%（11/152级不良反应13.33%（2/153级不良反应13.33%（2/15）。按剂量组来看，2级和3级不良反应案例均出现在0.7mg/kg和1.0mg/kg两个高剂量组，两个低剂量组（0.1mg/kg、0.3mg/kg）出现的不良反应均为1级。图表35：NTLA-2001临床I期针对遗传性ATTR引起的多发性神经疾病（ATTRv-PN）的安全性资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券在针对心肌疾病（ATTR-CM）的研究中，在共12人的受试者中9人（75%）出现了不同程度的不良反应，其中，共2级不良反应出现概率16.67%（2/12）和3级不良反应8.33%（1/12）。不良反应的出现概率、程度、以及具体原因仍旧需要继续观察。37图表36：NTLA-2001临床I期针对ATTR引起的心肌疾病（ATTRv-CM）的安全性资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券总体而言，NTLA-2001安全性数据有以下特点：不良反应出现概率较高。轻度不良反应为主。以上数据由于样本量较小，不一定能准确反映药物安全性特征。此外，与现有的其他ATTR药物对比，NTLA-2001整体安全性呈类似水平和特征。FDA于2017年批准用于治疗ATTR的siRNA药物Patisiran此前公布的临床III期数据显示，Patisiran引起不良反应的概率约为97%。出现严重不良反应（severeadverseevents）的概率为28%。38图表37：siRNA药物Patisiran临床III期安全性数据资料来源：NEJM，中银证券NTLA-2001在有效性方面显示出令人兴奋的竞争力。患者在接受NTLA-2001治疗后，体内TTR水平受到明显抑制，并且目前已有数据显示药效持续时间长。在对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的研究中，除最小剂量组0.1mg/kg外，其他剂量组（0.3、0.7、1.0mg/kg）均在给药后1个月内实现TTR降低80%以上，并且抑制作用持久。截至2022年6月24日，0.3mg/kg剂量组（n=3）跟踪时间已到达给药后12个月，期间TTR平均抑制效果保持在80%以上，第12个月时平均抑制效果约89%。0.7mg/kg剂量组（n=3）跟踪时间到达给药后6个月，期间TTR平均抑制效果保持在80%以上，第6个月时平均抑制效果约87%。1.0mg/kg剂量组（n=6）中有3位受试者跟踪时间到达9个月，其余3人到达6个月；期间TTR平均抑制效果90%以上，第6个月、第9个月时平均抑制效果均在93%左右。所有剂量组在给药后1个月内，TTR抑制水平便已接近峰值，并且一直稳定在峰值附近。39图表38：ATTRv-PN临床I期NTLA-2001降低血清TTR的有效性数据资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券在针对心肌疾病（ATTR-CM）的研究中，NTLA-2001也显示出良好的有效性。在所有三个干预组中，所有受试者的血清TTR水平在给药后的第28天均下降了90%以上，并且维持在这一稳定水平。截至2022年11月5日，NYHAI/II型患者接受0.7mg/kg的受试组到达给药后6个月时间点，第6个月TTR平均抑制效果约93%，另外两个组别到达给药后4个月时间点，TTR平均抑制效果92%、94%。图表39：ATTR-CM临床I期NTLA-2001降低血清TTR的有效性数据资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券总体而言，NTLA-2001的有效性呈现以下特点：药效明显，受试者血清TTR含量显著下降，降幅基本在80%以上。40药效持久，受试者血清TTR受到持续稳定的抑制。以目前数据来看，在最后观察时间点，受试者TTR没有出现反弹。起效较快。受试者血清TTR水平在给药后1个月内便能达到峰值或接近峰值抑制水平。此外，与现有的其他ATTR药物对比，NTLA-2001整体有效性可能略有优势。FDA于2017年批准用于治疗ATTR的siRNA药物Patisiran此前公布的临床III期数据显示，在给药3周后，Patisiran对血清TTR的抑制效果基本稳定在70%-80%区间。图表40：Patisiran针对ATTR引起的心肌疾病临床III期血清TTR降低幅度有效性数据资料来源：NEJM，中银证券NTLA-2002是IntelliaTherapeutics另一条已进入临床研究阶段的管线。NTLA-2002用于治疗遗传性血管水肿（HereditaryAngioedema，HAE）。目前已开展了2项临床I期研究，分别针对由ATTR引起的多发性神经疾病和心肌疾病。HAE临床表现为反复的、严重的、身体随机部位的肿大。HAE对某些部位或器官的攻击是非常危险的，例如咽喉部位的肿大可能导致窒息。HAE发病时间、部位随机，严重时可导致住院或死亡。未经治疗的患者，平均7-14天便会受到HAE攻击发病。HAE伴随一生，目前的治疗方法也需持续一生。全球范围内，平均每50000人中有1个HAE患者。美国与欧洲HAE患者超15000人。根据Intellia援引的GlobalData2022和Redbook2022数据，2026年全球市场空间可能达到40亿美金。美国目前已有的预防性治疗的年化治疗费用约50万美金。HAE疾病病理及NTLA-2002机制KLKB1基因对Kallikrein（激肽释放酶血管舒缓素）的水平起着重要作用，而Kallikrein对HMWKininogen（HMW激肽原）转化Bradykinin（缓激肽）起促进作用。缓激肽是一种血管扩张剂，缓激肽过高可能引起水肿。NTLA-2002通过抑制KLKB1基因表达，控制缓激肽的水平，降低血管扩张造成的水肿的风险。41图表41：HAE疾病病理资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券图表42：NTLA-2002治疗HAE机制资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券临床设计NTLA-2002临床I期研究是一项开放标签的单剂量爬坡研究，分为3个剂量组：75mg（3人）、50mg（4人）、25mg（3人）。主要研究终点为安全性、耐受性，其他研究终点是PK、PD、有效性（发病数）。42临床II期研究是一项对推荐剂量进行确认的扩展随机研究。分为3组：推荐剂量组1（10人）、推荐剂量组2（10人）、安慰剂组（5人）。主要研究终点是有效性（16周内发病数其他研究终点包括PD、PK、安全性和耐受性、QoL生活质量。图表43：NTLA-2002临床I/II期研究设计资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券研究证明了NTLA-2002的安全性和耐受性。所有剂量组中，最常出现的不良反应是注射相关反应和疲惫。所有不良反应均为轻度（n=5）或中度（n=2）。所有不良反应均自行缓解。未出现紧急严重不良反应（emergentSAE）或三级及以上治疗期不良反应（TEAE）。受试者接受NTLA-2002给药后，所有剂量组患者血清中Kallikrein水平明显下降。所有剂量组给药后28天内，基本已达到最大抑制效果。25mg组抑制水平大约64%，75mg组抑制水平约92%，50mg组给药后时间较短，尚不能确定抑制水平。43图表44：NTLA-2002显著降低血浆Kallikrein水平资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券更值得注意的是，NTLA-2002带来了显著的临床症状改善。实验时间较长的25mg组和75mg组患者在给药后发病频率明显下降。25mg组中，患者在给药后16周内，平均发病频率降低91%；75mg组这一数据为78%。图表45：NTLA-2002带来临床获益：降低HAE发病频率资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券部分患者已可以不再接受传统的预防治疗。同时，观察期较久的25mg组3名患者，分别已有10.6个44图表46：NTLA-2002带来临床获益：部分患者已可以不再接受传统的预防治疗资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券总体而言，NTLA-2002的有效性呈现以下特点：药效明显，且显示出剂量依赖性。受试者血清Kallikrein含量显著下降，且降幅与剂量正相关。已显示出临床获益。患者发病频率显著降低，部分患者已可脱离传统预防治疗，且在脱离后未有发病。部分患者距离上次发病已有数月时间。药效持久，受试者血清Kallikrein受到持续稳定的抑制。目前，在最后观察时间点，受试者Kallikrein水平没有出现反弹。更重要的是，部分患者距离上次发病已有数月时间，带来了永久治愈的曙光。起效较快。受试者血清Kallikrein水平在给药后28天内便能达到峰值或接近峰值抑制水平。NTLA-3001是IntelliaTherapeutics进展最快的基因敲入管线，公司表示预计将在2023年下半年向FDA提交IND申请。Intellia目前布局了2条路径，靶向AATDa)NTLA-3001：插入功能正常的SERPINA1基因，使A1AT蛋白持续正常表达。主要为解决AATD相关的肺疾病。b)NTLA-2003：敲除突变的SERPINA1基因，减少并防止错误的A1AT蛋白累积。主要解决AATD相关的肝疾病。AATD，Alpha-1AntitrypsinDeficiency，胰蛋白酶缺乏症。是一种以血清中Alpha-1抗胰蛋白酶水平下降为主要特征的常染色体共显性遗传病。与新生儿肝炎、婴幼儿和成人肝硬化、肺癌、肺气肿等关系密切。发病时间、部位随机，严重时可导致住院或死亡。未经治疗的患者，平均7-14天便会受到HAE攻击发病。HAE伴随一生，目前的治疗方法也需持续一生。美国AATD患者超60000人，全球约25万AATD患者。亚洲发病率较低，较为罕见。45在非人类灵长类（non-humanprimate，NHP）的临床前研究显示，基因敲入后，人A1AT（hA1AT）表达稳定，即使在猴（Cyno）A1AT（cA1AT）基因被敲除后，cA1AT水平出现明显下滑，但hA1AT表达仍旧基本稳定在同一水平，说明敲入的hA1AT基因正在持续表达，并且不受cA1AT敲除的影响。图表47：敲入基因可在非灵长类动物模型中成功表达资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券在啮齿动物的临床前研究显示，敲入人FIX（hFIX）基因后，效果在12个月观察期中持续存在，证明基因编辑的效果已经被携带在正常的细胞循环中（与之相反，传统药物或治疗带来的效果会随时间递减，并逐渐消失）。随后，研究团队进行了部分肝脏切除（PHx），以探究基因编辑是否也会被携带进再生细胞中。图表48：敲入基因是否在啮齿类动物模型中持续表达设计思路资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券研究结果显示，基因编辑的效果能够被再生细胞继承，对照组基因治疗则无此能力。研究显示，传统的基因治疗在肝脏部分切除后，敲入的基因表达明显下降（第54天表达下降85%，第85天下降95%）。而基因编辑治疗后，即使经过肝脏部分切除，基因表达仍然明显，且较为稳定。说明基因编辑敲入的基因已被保存于动物模型的基因组中，有可能已实现了永久敲入。46图表49：通过基因编辑敲入基因在肝部分切除后仍旧保持一定表达水平资料来源：IntelliaTherapeutics，中银证券总体而言，NTLA-3001管线具有以下特点：已在非人类灵长类动物中获得较成功的编辑，且表达持久。在非人类灵长类动物的研究中，显示出定向编辑的能力。基因编辑的效果能够被再生细胞继承，基因治疗则无此能力。这一能力证明了“一次给药，永久治愈”的潜力。Intellia计划在2023年下半年提交IND。Exa-cel是CRISPRTherapeutics与Vertex联合研发的体外基因编辑疗法，也是目前进展最快的基因编辑管线，公司表示该产品用于治疗TDT和SCD的上市申请已于2023年1月获EMA受理，于2023年4月3日完成了向FDA提起的BLA。Exa-cel的适应症为Beta地中海贫血(β-thalassemia）、镰状细胞性贫血（sicklecelldisease，SCD）。地中海贫血患者在出生后症状可能会进行性加重，并有可能由于严重贫血、心力衰竭、营养不足及感染导致死亡。镰状细胞症可能会造成血管阻塞导致器官功能障碍，可能表现为疼痛危象、肝脾进行性肿大、组织缺氧、炎症等。图表50：地中海贫血患者红细胞发生形变资料来源：Medlineplus，中银证券47图表51：镰状细胞症患者红细胞发生形变呈镰刀状资料来源：MayoClinics，中银证券BCL11A基因位于2号染色体上。BCL11A会抑制新生儿血红蛋白（fetalhemoglobin，HbF）的形成。新生儿血红蛋白HbF能够改善上述疾病的症状。通过体外基因编辑，研发团队对CD34+HSPC细胞中红细胞（erythroid）特异的BCL11A基因的加强子（enhancer）进行抑制，以此得到改造后的细胞并给患者进行回输。图表52：Exa-cel作用于BCL11A治疗TDT/SCD资料来源：CRISPRTherapeutics，中银证券首先需要对患者进行预前筛查，并收集患者自身的血液干细胞。而后，这些干细胞被送至生产中心进行基因编辑改造，以及安全性检查，质控通过后冷冻储藏。同时，患者接受输注前的准备性化疗，通常使用白消安（Busulfan，二甲磺酸丁酯）。化疗结束后，患者接受治疗细胞的输注、移植。出院后持续进行跟踪，了解预后情况。本质上，Exa-cel是一个升级版的细胞治疗产品。预计Exa-cel成本较高，定价也可能较昂贵。由于Exa-cel也是个体化方案，因此估计成本较高，定价可能会参考现有的