2023年11月16日，全球shou個CRISPR-Cas9基因編輯療法獲批上市，這款源于諾獎團隊的藥物，將人類基因治療的高度抬上了新高度。該療法名為Casgevy（通用名exagamglogene autotemcel，簡稱為exa-cel），由美國的Vertex Pharmaceuticals, Inc和瑞士的CRISPR Therapeutics聯合開發，用于治療兩種遺傳性血液疾病——輸血依賴型β-地中海貧血（TDT）和鐮刀狀細胞貧血病（SCD），這是全球首個獲批治療該適應癥的基因編輯療法，也是全球首個獲批應用“基因剪刀”CRISPR的療法，為地中海貧血和鐮狀細胞病治療帶來巨大的進步——科學的一小步，人類的一大步。
美國FDA已授予該療法用于治療SCD的優先審評資格。此外，就在上月底，FDA還召集了其細胞、組織和基因治療的外部咨詢委員會，并已經對Casgevy“開綠燈”。按照日程，Casgevy針對SCD和TDT兩項適應癥的處方藥使用者費用法案（PDUFA）日期分別為2023年12月8日和2024年3月30日。（注：PDUFA日期是指FDA審查新藥的截止日期。PDUFA日期為FDA受理藥物申請后10個月或6個月（如果藥物被指定為優先審評）。）下面我們一起來看這款將諾獎照進現實的基因藥物。
圖片來源：https://www.wired.com/story/crispr-gene-therapy-approved-sickle-cell-casgevy/
地中海貧血和鐮刀型貧血癥的病因是人體內，血紅蛋白HbB變性，影響供氧。其中，鐮刀型貧血是HbB突變后結構發生變化，形成聚集的血紅蛋白，把紅細胞撐成鐮刀狀，容易堵塞血管；而地中海貧血則是HbB蛋白表達變低或者徹底沒有，HbA過多，沉積在紅細胞膜上。紅細胞運輸氧氣功能也會變差。
Figure：正常人的紅細胞與鐮刀型貧血病患者的紅細胞對比圖
常規的治療手段就兩種：1.輸血，且頻繁輸血一輩子；2.造血干細胞移植，通過基因編輯，修正后的，載有正常HbB的造血干細胞。最早針對TDT和SCD的治療，可以追溯到1982年，以小鼠為實驗動物模型，探索疾病的治療手段；1996年，開始使用慢病毒為載體，提送外源基因；2006年，基因治療進入臨床試驗階段，2008年，第一例TDT患者治愈；2015年，第一例SCD患者治愈。
Figure：慢病毒的優化改進，與TDT和SCD的治愈相伴而行
科學家提出，既然HbA和突變HbB無法配對，那么從患者體內分離出造血干細胞，借助慢病毒將HbA（T87Q）整合入干細胞的DNA內，再把造血干細胞回輸體內，分化出正常的紅細胞運輸氧氣，于是美國Bluebird公司的Zynteglo誕生了[1]。該藥物同樣對鐮刀型貧血癥有效[2]。想了解更多基因治療的藥物，可以回看吉凱基因10月的直播。
但Zynteglo也存在致命問題——借助慢病毒遞送外源基因，這段外源基因會隨機整合入宿主細胞的基因組中，插入位點不可控，有致癌風險。在臨床試驗的過程中，兩位患者出現了骨髓細胞異常增生（MDS）和急性髓系白血?。ˋML），盡管后續經過驗證，該并發癥與慢病毒基因組的隨機插入沒有明顯相關性，但依舊存在外源片段基因整合的風險。
也有科學家嘗試了基因敲入技術（KI），將正?；蚨c插入，但是效率很低，隨即科學家把研究思路放在了另一個亞型的血紅蛋白HbF上。
Figure：Casgevy原理——借助CRISPR-Cas9敲低Bcl11a，釋放HbF
在胎兒時期，HbF是運輸氧氣的血紅蛋白，但成年后，HbF基因被Bcl11a因子關閉，導致成年人沒有HbF[3]。于是科學家提取了患者造血干細胞，體外借助CRISPR-Cas9，敲除了Bcl11a，釋放了HbF，再將基因敲除后的造血干細胞回輸至患者體內，從而讓患者永久產生HbF，不再輸血治療。
藥 物 開 發
CRISPR Therapeutics作為美股市值最高的基因編輯公司，2013年，由日后的諾獎得主Emmanuelle和其合伙人在波士頓創立。該公司的研究人員發現，CRISPR/Cas9“基因剪刀”，基于這項技術，研究人員可以極其精確地改變動物、植物和微生物的DNA。
Vertex和CRISPR Therapeutics兩家公司合作開發了基因編輯。但難點頗多，需要逐個擊破，例如：造血干細胞的獲取及體外培養，sgRNA和Cas9的生產，提送工具，檢測基因編輯是否脫靶，基因插入位點的檢測等；此外，臨床上也存在安全隱患，回輸造血干細胞前，需要做化療清髓，一方面影響生殖干細胞，導致不孕不育；另一方面，清髓后免疫缺乏，患者容易感染。
那又怎么樣呢？困難只是懦夫的絆腳石，確是勇士成功路上的墊腳石。
Figure：法國的科學家埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和來自美國的科學家珍妮弗·安妮·道德納（Jennifer A. Doudna）將諾獎照進現實
臨 床 試 驗
實驗是檢驗真理的金標準。臨床實驗中，患者回輸了自身被基因編輯過的造血干細胞，被重新激活的HbF替代了突變的HbB，完成運輸氧氣的工作，且患者在回輸造血干細胞的12個月內，不太需要輸血，達到臨床終點?；仡櫺苑治鯟TX-001的一期臨床數據，不同患者產生的HbF量不均一，說明基因敲除策略，目前無法做到HbF基因表達的精準調控[4]。
Figure：TDT患者的臨床數據，在接受一次性CTX001治療2個月后，擺脫了對于輸血的依賴，且表現出了強勁、持久的HbF表達
Figure：SCD的臨床治療數據，來源CRISPR Therapeutics的報告
在SCD的臨床試驗中，患者此前每年平均發生7次血管堵塞（血管閉塞危機），但在治療的9個月期間，患者沒有發生過1次堵塞。并且同樣在單劑量輸注CTX001后，患者體內快速實現了強勁、持久、泛細胞HbF高水平表達。
小 結
羅馬并非一天建成，TDT和SCD的治療也并非一蹴而就。從1982年探索出TDT和SCD的病因；到1996年嘗試用慢病毒遞送外源基因，來修復造血干細胞；到2006年，針對TDT和SCD進入臨床試驗階段；到2013年，日后的諾獎得主Emmanuelle，在美國波士頓創立CRISPR Therapeutics公司；到2019年，美國Bluebird公司的Zynteglo上市；到2020年，諾貝爾化學獎頒給了法國的科學家埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和來自美國的科學家珍妮弗·安妮·道德納（Jennifer A. Doudna）；到2023-11-16，諾獎照進現實，體外基因編輯的Casgevy成功獲批在歐洲上市。筆者相信明年，用于治療甲狀腺素轉運蛋白淀粉樣變性的體內CRISPR基因編輯療法——NTLA-2001也會上市。
參考文獻：
1. Negre O, Eggimann AV, Beuzard Y, Ribeil JA, Bourget P, Borwornpinyo S, Hongeng S, Hacein-Bey S, Cavazzana M, Leboulch P, Payen E. Gene Therapy of the β-Hemoglobinopathies by Lentiviral Transfer of the β(A(T87Q))-Globin Gene. Hum Gene Ther. 2016 Feb;27(2):148-65. doi: 10.1089/hum.2016.007. PMID: 26886832; PMCID: PMC4779296.
2. Pawliuk R, Westerman KA, Fabry ME, Payen E, Tighe R, Bouhassira EE, Acharya SA, Ellis J, London IM, Eaves CJ, Humphries RK, Beuzard Y, Nagel RL, Leboulch P. Correction of sickle cell disease in transgenic mouse models by gene therapy. Science. 2001 Dec 14;294(5550):2368-71. doi: 10.1126/science.1065806. PMID: 11743206.
3. Sankaran VG, Menne TF, Xu J, Akie TE, Lettre G, Van Handel B, Mikkola HK, Hirschhorn JN, Cantor AB, Orkin SH. Human fetal hemoglobin expression is regulated by the developmental stage-specific repressor BCL11A. Science. 2008 Dec 19;322(5909):1839-42. doi: 10.1126/science.1165409. Epub 2008 Dec 4. PMID: 19056937.
4. Frangoul H, Altshuler D, Cappellini MD, Chen YS, Domm J, Eustace BK, Foell J, de la Fuente J, Grupp S, Handgretinger R, Ho TW, Kattamis A, Kernytsky A, Lekstrom-Himes J, Li AM, Locatelli F, Mapara MY, de Montalembert M, Rondelli D, Sharma A, Sheth S, Soni S, Steinberg MH, Wall D, Yen A, Corbacioglu S. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. N Engl J Med. 2021 Jan 21;384(3):252-260. doi: 10.1056/NEJMoa2031054. Epub 2020 Dec 5. PMID: 33283989.