《自然》子刊：基因编辑研发管线深度盘点

在过去18个月里，有11项基因编辑研发项目在美国或欧盟进入临床开发阶段，其中6项基于CRISPR-Cas基因编辑系统。现在基因编辑研发管线包括这一技术在体外基因编辑、癌症和体内基因编辑方面的应用。近日，Nature Reviews Drug Discovery上发表的一篇综述对基因编辑的研发管线进行了深度盘点。如CRISPR技术先驱之一，加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna教授所说，“现在是令人兴奋的时代！”

多种基因编辑技术平台进入临床开发阶段

提到基因编辑技术，人们可能首先想到的是CRISPR-Cas基因编辑系统。这一系统通过使用向导RNA（guide RNA），让Cas酶能够识别基因组中的特定序列，从而对DNA或RNA序列进行精准的切割。CRISPR-Cas基因编辑系统因为它的简便和可编程性，在问世以后就得到了学术界和研发界的广泛应用。

然而，基因编辑的工具并不只有CRISPR。目前，多项基于其它基因编辑技术平台的研发项目也已经进行临床开发阶段。其中之一是锌指核酸酶（Zinc-finger nucleases， ZFNs），这类核酸内切酶并不依靠RNA，而是依靠锌指蛋白来识别特定DNA序列。Sangamo公司在开发基于锌指核酸酶的基因编辑系统方面积累了很多经验。由于需要对锌指蛋白进行修改来改变ZFN的靶向序列特异性，基于锌指核酸酶的基因编辑系统没有CRISPR基因编辑系统那么简便。然而，ZFN基因编辑系统也有自己的优势。例如，它并不是源于的蛋白，因此在人体中使用时可能更不容易激发人体的免疫反应。而且，ZFN识别DNA序列的蛋白域与其它基因编辑系统相比更小，更容易装进递送基因编辑系统的之中。

除了CRISPR和锌指核酸酶以外，其它的基因编辑技术平台包括TALEN，大范围核酸酶（meganulease），以及综合TALEN和大范围核酸酶构建的megaTAL技术。它们都存在各自的优缺点，也可以不同的应用场景下发挥作用。

体外基因编辑研发管线

最初的基因编辑研发项目聚焦于在体外对细胞进行编辑。从新技术开发的角度来讲这并不意外，在体外对细胞的基因组进行编辑，可以避开困扰基因编辑的多种障碍。以CRISPR为例，基因编辑的一个主要障碍是如何将较大的基因编辑系统递送到细胞内部，而体外基因编辑可以使用电穿孔技术打开细胞膜这一屏障，让基因编辑系统比较容易地进入细胞。

CRISPR基因编辑技术需要克服的另外两个难关是防止基因编辑的“脱靶效应”和Cas蛋白产生的免疫原性。而在体外对细胞进行基因编辑可以绕开人体的免疫应答问题，并且可以对编辑后的细胞进行检测，发现和清除出现“脱靶效应”的细胞。提高潜在疗法的安全性。

目前，体外基因编辑研发项目主要聚集于血红蛋白疾病和癌症两大领域。无论是血红蛋白疾病还是血液癌症，已有的基因疗法和细胞疗法的成功已经为开发基于基因编辑的创新疗法铺平了道路。同时，它们也代表着患者未被满足的医疗需求。

在血红蛋白疾病方面，数项治疗镰状细胞（SCD）和β地中海贫血的基因编辑项目已经进入临床开发阶段。其中，Sangamo和赛诺菲联合开发的ST-400/BIVV003使用ZFN基因编辑系统对从患者体内获得的造血和祖细胞（HSPCs）进行基因编辑，通过对BCL11A基因的编辑让细胞能够重新表达胎儿血红蛋白。去年在ASH年会上公布的初步数据表明，接受改造过的HSPCs治疗的三名患者中有两名患者的胎儿血红蛋白水平显着提高。

CRISPR Therapeutics和Vertex公司联合开发的CTX001使用CRISPR系统靶向同样的BCL11A基因。去年该公司公布了CTX001在一名严重镰状细胞贫血患者和一名β地中海贫血患者中的疗效。两名患者的临床症状都有显着改善。

在癌症免疫疗法方面，CAR-T疗法的获批和它们在治疗血液癌症方面的成功，不但为对T细胞进行基因编辑打下了良好的基础，也为基因编辑技术找出了一个很好的应用领域。CAR-T细胞通过将抗原嵌合受体（CAR）通过基因工程表达在T细胞表面，让T细胞成为攻击的武器。然而，T细胞中原本存在的天然T细胞受体可能影响CAR-T细胞的疗效，并且T细胞还受到多种免疫抑制和调控机制的影响，导致它们功能失常或出现衰竭。

基因编辑技术提供了一种进一步改进CAR-T疗法的策略。在2019年，宾夕法尼亚大学的CAR-T疗法先驱Carl June博士与合作伙伴一起，使用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除了T细胞中的内源T细胞受体和表达PD-1的基因。然后，他们将识别NY-ESO-1抗原（一种在多种组织中高度表达的抗原）的T细胞受体表达在这些T细胞中。今年2月，研究团队在《科学》杂志上发表了研究的初步结果。初步结果表明，经过基因编辑的T细胞没有导致与治疗相关的严重，而且显示出持久的存活和扩增能力。