編者按：這是“醫學界”推出的關注醫學前沿的文章，本文講述了重型β-地中海貧血症患者透過鹼基編輯療法實現了臨床治癒的故事。點選文末“醫學前沿”專欄合集，可以瞭解更多往期內容。
撰文丨凌駿
1月8日，國內基因編輯領域傳來突破性進展，在廣西醫科大學第一附屬醫院開展的一項由研究者發起的臨床試驗（IIT研究）中，一名重型β-地中海貧血症患者實現了臨床治癒，這也是全球首次透過鹼基編輯療法治癒血紅蛋白病。
“醫學界”瞭解到，這位幸運的患者自兩歲開始，每月都要接受輸血，還要定期進行去鐵治療。在接受鹼基編輯療法治療後，患者持續擺脫輸血依賴超兩個月，血紅蛋白指標已穩定至140g/L以上，現在已經迴歸正常生活。
“結果是令人振奮的。”臨床試驗主導者，廣西醫科大學第一附屬醫院血液科主任賴永榕教授告訴“醫學界”。因在血液疾病治療中展現的巨大潛力，賴永榕從10多年前就開始關注基因編輯療法的發展。
在革命性的基因編輯工具CRISPR問世11年後，2023年12月，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准全球首款CRISPR基因編輯產品上市，用於治療血紅蛋白病。鹼基編輯療法則被稱為是“下一代基因編輯技術”，相比CRISPR需要完全剪斷DNA雙鏈的片段式DNA修改，鹼基編輯技術在確保DNA完整性的同時，實現的單鹼基校正理論上更加精準且安全。
此次使用的療法名為“CS-101”，依託的是本土團隊自主研發的變形式鹼基編輯器tBE（transformer Base Editor）。主要發明者、上海科技大學生命科學與技術學院教授陳佳有著十餘年DNA損傷修復和基因編輯科研經驗，他告訴“醫學界”，目前已知全球進入臨床試驗階段，且拿到療效資料的鹼基編輯管線可能僅有3個。在這一賽道上，中國科研隊伍有望實現“彎道超車”。
一次性徹底地治癒
鹼基編輯，簡單而言就是透過精準地、永久性地更改DNA中的單個鹼基，校正單基因致病性突變，目的是一次性徹底實現疾病治癒，是單基因突變遺傳性疾病治療中的重點發展方向。
血紅蛋白病正是全世界最普遍的單基因遺傳病，常見的包括β-地中海貧血症（下簡稱β-地貧）和鐮刀型貧血症。統計資料顯示，全世界約有7%的人口攜帶異常血紅蛋白基因，每年大約有40萬名嬰兒出生時患有血紅蛋白病。我國地中海貧血症基因突變攜帶者約有3000萬人，其中重型和中間型地貧患者約為30萬人。
“重型β-地貧患者往往在出生三至六個月後出現貧血，需要終身的輸血治療，否則一般活不過10歲。”賴永榕告訴“醫學界”，“但長期輸血會出現鐵過載，導致一系列致命的併發症。即便聯合去鐵治療，有研究資料顯示，能活過40歲的機率也只有約50%～60%。”
同時，現實中有非常多的重型β-地貧病人無法做到足量輸血，原因包括家庭的意願和堅持、臨床能不能提供這一服務，以及血庫是否有豐富血源。
此前唯一的根治方式是進行造血幹細胞移植，廣西醫科大學第一附屬醫院幹細胞移植中心是全國最大的地貧移植中心之一，累計為超1000位患者完成了骨髓移植。“移植一般適用於16歲以下兒童，成功率目前接近90%，仍有10%的風險。”賴永榕介紹，“配型是一大難題，同時相較於其他惡性血液系統疾病，如白血病等，地貧往往不會短期致命，等候移植時間也更長。”
“因此這麼多年來，學界一直試圖從基因層面，找到一個更兼具普適性、療效和安全性的治療方式。”賴永榕說。地貧發生的根源在於某些位點的基因異常，導致構成正常紅細胞血紅蛋白分子的α鏈或β鏈出現缺損。基因療法旨在將經過改良、能行使正常功能的目標基因匯入人體，以修補缺陷，使人體能生產正常的血紅蛋白。
2022年8月17日和2024年1月17日，美國FDA先後批准了慢病毒載體體外基因療法Zynteglo，以及CRISPR基因療法Casgevy用於輸血依賴性β-地貧治療，後者被認為徹底打開了基因編輯治療的新紀元。
而本次使用的CS-101則屬於“新一代”鹼基編輯療法，透過提取患者自體造血幹細胞，在體外對相關基因區域進行精準鹼基編輯，重新啟用γ-珠蛋白的表達，構建血紅蛋白的攜氧功能，再將編輯後的造血幹細胞回輸至患者體內。
據賴永榕介紹，在定期輸血長達十餘年後，2023年10月底，接受CS-101治療後第14天，患者首次停止輸血。治療後第4周，患者胎兒血紅蛋白濃度為～16g/L，第8週上升至～95g/L，截至目前，患者總血紅蛋白濃度已維持在140g/L以上，且未發現藥物相關的不良事件。
值得一提的是，除了首例患者已被治癒，擺脫輸血依賴超過2個月，另一位患者在接受CS-101治療後也已擺脫輸血依賴超過1個月，血紅蛋白指標已穩定至130g/L以上。“基因編輯的發展可能就此改變β-地貧的治療格局，尤其是對於16歲以上，一直沒能等到移植機會的中間型和重型患者，未來或將優先考慮基因編輯療法。”賴永榕說。
革命性的基因編輯工具
最早提出鹼基編輯理念的，是華裔科學家、美國哈佛大學生物化學家劉如謙（David Liu）教授。
2016年，劉如謙和團隊首次開發出了單鹼基編輯工具，實現了在不依賴DNA雙鏈斷裂的情況下，將C·G鹼基對轉換成T·A鹼基對。2017年，又實現了A·T與G·C的轉換，他也因此被Nature評為“2017年影響世界十大科學人物”。
差不多在同一時期，陳佳與團隊也發表了一項類似的研究。2009年至2014年，陳佳前往美國國立衛生研究院攻讀博士後專案，研究DNA損傷修復。和劉如謙相似，陳佳在研究中發現，DNA單鏈在斷裂修復的過程中，有一種酶叫胞嘧啶脫氨酶，能在斷裂的單鏈附近產生C到T的鹼基突變。
時至今日，陳佳回想起來仍有所感慨，“我當時做的是基礎研究，光考慮如何探究DNA修復的分子機理。但劉如謙教授基於對生物技術獨特的敏感性，能想到把一個單純的實驗室發現，轉化成一款革命性的基因治療工具，成為這個領域的開拓者。這是值得所有科研人員學習的。”
在2016年鹼基編輯的理念問世後，陳佳迅速在上海科技大學開展相關研發，接連開發了幾款鹼基編輯工具。“前幾款編輯器遇到的問題和全球不少實驗室相似，存在兼顧靶向效率和脫靶風險的難點。”陳佳解釋道，“比如最早是在脫氨酶上進行工程化改造，降低它的活性，隨之降低脫靶風險，保證安全性。但帶來的問題是，編輯效率也隨之下降，療效降低。”
轉機出現在2019年，在試驗中，陳佳實驗室偶然發現了一種天然存在的胞嘧啶脫氨酶抑制劑，能把酶的活性抑制到很低的範圍內。陳佳實驗室進一步在這種抑制劑和脫氨酶間添加了一個特異性的蛋白酶切割位點，再經過一系列的結構改造，使得該鹼基編輯工具能夠實現僅在靶標位置處恢復編輯活性，而在脫靶位置處保持失活狀態。
陳佳及合作者將其命名為tBE變形式鹼基編輯系統，基於研發成果，2020年他與科研合作者共同孵化成立基因編輯療法初創公司正序生物（上海），正序生物也從上海科技大學獲得了一系列鹼基編輯系統的全球獨家許可協議。2022年，tBE進一步獲美國專利商標局的專利授權，成為中國首個獲得海外專利授權的自研鹼基編輯工具，此後又陸續獲得十幾個國家和地區的專利授權。
“基因編輯治療的首要前提是安全性，即更低的脫靶效應，避免錯誤位點的基因編輯。”正序生物執行長牟曉盾告訴“醫學界”，在推動tBE進入臨床試驗前，團隊在動物中進行了一系列與全球在研管線的頭對頭驗證。
根據2023年11月發表於國際學術期刊Cell Stem Cell的研究結果，經tBE編輯的造血幹細胞/祖細胞未檢測到高於背景水平的DNA/RNA脫靶突變。“除了更低的脫靶效應，我們在試驗中還觀察到，由tBE編輯誘匯出的，具有造血功能的胎兒蛋白比例是最高的。”牟曉盾說。安全性和療效都得到了驗證，團隊也迅速將其推向臨床開發。
據瞭解，目前CS-101的IND申請已經獲得受理，即將進入IND臨床階段。
關鍵是原始創新
資料顯示，2016年我國基因治療市場規模僅約為0.15億元，但隨著近年來基因治療臨床試驗的大量開展，以及相關利好產業政策的支援等，2021年已快速上升至2.7億元左右，2027年預計將達到約500億元。
2023年底，全球首款CRISPR基因編輯療法的成功獲批，更是給行業注入了一劑強心針。在2023年全球華人遺傳學大會上，中國科學院院士陳潤生教授對“醫學界”表示，基因編輯是一個系統，其中的CRISPR/Cas9發展最早，可能最為成熟，“我國的基礎研究也一直在不斷地探索，從基因編輯總體系統的設計，到具體工作的蛋白，包括應用到不同病種，都有原始創新的機會。”
陳潤生院士提到的原始創新，在於本土科研力量如何在至少保證同等編輯效率、安全性等的基礎上，在包括底層編輯工具、遞送平臺等方面突破海外領跑者的專利權，並打出差異化。
“本土企業的機會在於，除了像Cas9這類早期技術手段，在‘新型工具’上和海外幾乎處於同一起跑線，應該把勢頭保持下去。當然一些細節的技術難點，涉及多學科，還需要更底層的基礎研究和創新技術去解決。”牟曉盾說。
據不完全統計，截至2021年國內至少有10家企業開發了基因編輯系統，以CRISPR居多，不少都已進入臨床試驗階段。
鹼基編輯領域，正序生物的CS-101管線進度已躋身全球範圍內的領跑者隊伍，有望成為β-血紅蛋白病全球首創（First-in-Class）的鹼基編輯治療藥物。此前率先獲得臨床批件的，是由劉如謙聯合建立的美國生物科技公司Beam Therapeutics，旗下產品BEAM-101目前正在進行治療鐮刀細胞貧血病和β-地貧的1/2期臨床試驗。
另據《科技日報》報道，今年1月14日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究團隊合作開發出不依賴脫氨酶的新型鹼基編輯器，擴充套件了鹼基編輯器的型別。相關研究成果近日發表於國際期刊《自然-生物技術》。
“不僅是常見的遺傳病，基因編輯療法在如高血壓、、乙肝、艾滋病等更大範圍的疾病領域都有相應的應用前景，可以打出很多差異化。其中的關鍵是團隊有沒有自己的底層編輯工具，針對不同疾病展開研究，並在試驗中不斷髮現問題，對編輯工具進行最佳化。”牟曉盾表示。
回到β-地貧，造血幹細胞移植迄今已有40多年臨床實踐，其作為一線根治療法的地位，短期內暫時無法撼動。
“基因編輯療法彌補了造血幹細胞移植在臨床治療中的缺口，一些產品也表現出了優異的臨床效果，近年陸續獲得了監管部門的批准。”賴永榕表示，“但要注意的是，這類技術的應用畢竟也只有不到5年，它的長期有效性和安全性，即再過幾年，患者的造血幹細胞功能會不會降下來，是否還有一些沒被發現的副反應，還需要透過長期的隨訪觀察去佐證和研究。”
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來源：醫學界
責編：田棟樑
編輯：趙 靜
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