2023年2月17日/医麦客--星耀研究院新闻 PharmaBIGStar News/--地中海贫血是一种常染色体隐性遗传病，属于遗传性血红蛋白病（inherited hemoglobin disorders）。成人血红蛋白（HbA）由α链和β链构成，其中，β链是在出生后开始合成，而胎儿血红蛋白（HbF）主要是由α链和γ链构成，在年龄增长之后，γ珠蛋白链的合成将受到抑制。
α-和β-地贫是两种最常见的地中海贫血，分别以α-和β-珠蛋白链合成减少为特征，少数异常血红蛋白在发生结构变异的同时会引起α-和β-基因表达水平降低，同样属于α-和β-地中海贫血。其中，β-地中海贫血是最常见的地贫类型之一，目前，针对β-地中海贫血的机制研究逐渐发展并趋于完善。
鉴于β珠蛋白基因缺陷的差别，β-地中海贫血还可以分为两种：β-珠蛋白基因簇（HBB）基因缺失和点突变致β链的生成被完全抑制的β0地中海贫血，以及β链的生成部分被抑制的β+地中海贫血。其中，重型β地中海贫血（Cooley贫血）大多患者为（β0/β0）纯合基因。
根据上述原理，β-地中海贫血基因疗法的思路逐渐打开。目前经验证且具有一定可行性的基因治疗方案主要有以下三种：通过慢病毒载体导入、或基因编辑同源修复(HDR)β-珠蛋白基因都可以为患者的血红细胞提供完整健康的β-珠蛋白链基因；另外，通过重新激活γ-珠蛋白链的合成从而提高HbF表达水平也可以实现血红蛋白的功能性替代。
▲ 国内外β-地中海贫血基因疗法在研管线
01
慢病毒载体导入
通过慢病毒将正常功能的β-珠蛋白基因添加到从患者骨髓中提取的造血干细胞（HSCs）中，以此来恢复正常的成人血红蛋白生成功能，再回输进患者体内后可能具有一次性治愈的潜力。目前全球至少有4家已披露的企业采用了这一方案。
蓝鸟：Zynteglo（beti-cel）
Zynteglo是Bluebird Bio（蓝鸟生物）一款基于LentiGlobin平台的的慢病毒基因疗法，公司选择了β-珠蛋白基因的修饰形式的功能性拷贝（βA-T87Q-globin基因）作为目的基因，使得患者能够生成功能性成人血红蛋白（HbAT87Q），不再依赖输血治疗。
2022年8月17日，FDA批准了蓝鸟Zynteglo的上市申请，用于治疗需要定期输血的成人或儿童β-地中海贫血患者，是全球首个基于细胞的基因疗法，售价达280万美元（约合1900万人民币）。从临床试验的数据来看，在接受Zynteglo的41名患者中，89%的患者摆脱了输血依赖，并且没有观察到慢病毒载体引起的血液瘤问题，对于接受治疗的患者将进行至少十五年的血液监测。
本导基因：BD211
基于基因编辑-BDmRNA平台和基因添加-BDlenti平台，本导基因研发了基于慢病毒载体转导自体CD34+造血干细胞基因疗法BD211，其慢病毒载体递送技术在提高了病毒产量以及造血干细胞的感染效率的同时可以降低基因整合突变风险。在2021年12月公布的IIT数据显示，在3个月的随访中，患者已初步摆脱输血。这是国内首次报道基于慢病毒载体基因转导技术治疗β-地中海贫血的成功案例，目前本导基因正在推动BD211的IND申报。
康霖生物：KL003
KL003是康霖生物自主研发、用于治疗地中海贫血的创新基因治疗药物，基于公司病毒载体平台研发，在IIT中成功治愈2名重症患者，并且极大地缩短了粒细胞和血小板的植入时间，可大幅度降低感染和出血风险，减少住院时间。与此同时，公司对地贫创新性产品的生产工艺进行改进，以降低成本与定价，提高药物可及性。
禾沐基因：HGI-001
禾沐基因基于编码T87Qβ珠蛋白的慢病毒转导自体造血干细胞疗法HGI-001与蓝鸟生物的产品技术原理相同，生产流程相近，不过在制备工艺上进行了优化。在IIT试验中，4位完成细胞回输的患者均已无需输血治疗，最长摆脱输血时间达21个月（截至2022年11月15日），并且未发现与基因治疗相关的副作用。
02
NHEJ：提升HbF水平
HbF相比HbA具有更强的氧结合能力，BCL11A是调控γ链和β链转换的主要转录因子，能够结合HbFγ链基因的启动子区域，抑制其表达。因此，通过基因编辑抑制BCL11A的表达，或是直接针对γ-珠蛋白的启动子来增强表达都可以提升HbF水平。
Vertex/CRISPR：exa-cel（CTX001）
exa-cel是一款由Vertex和CRISPR Therapeutics合作研发的CPRSPR基因编辑疗法，通过CPRSPR-Cas9技术编辑患者自体CD34+HSCs，靶向BCL11A红细胞系特异性增强子（红系增强子）并且特异性沉默BCL11A基因，重新激活HbF的生成，减少患者的减少血管闭塞事件以及输血需求。
该药物已经向EMA以及FDA递交了上市申请，在2023年1月26日获得了EMA受理，有望于今年在欧洲获批上市；向FDA提交的滚动上市申请预计将于今年3月底完成。如果exa-cel顺利获批，将成为首款获批上市的CRISPR基因编辑疗法，适应症为镰状细胞病和β-地中海贫血。
Sangamo/赛诺菲：ST-400
ST-400（BIVV003）由Sangamo Therapeutics/赛诺菲共同研发，使用ZFN基因编辑系统对患者自体造血干细胞和祖细胞（HSPCs）进行基因编辑，靶向BCL11A基因，抑制其功能使得细胞能够重新表达HbF，目前正在进行治疗输血依赖型β-地中海贫血的1/2期临床试验，预计将于今年3月完成。早期数据表明，在3名接受治疗的患者中，2名患者的HbF水平显著提高。
邦耀生物：BRL-101
BRL-101基于邦耀生物的基因编辑技术创新平台（CRISTARS®）和造血干细胞平台（ModiHSC®）研发，利用CRISPR基因编辑技术实现对造血干祖细胞更广泛、更精确的基因编辑，靶向BCL11A红系增强子，通过重激活γ珠蛋白来治疗重型β地中海贫血，是一种治疗β0/β0型基因治疗候选产品。
在IIT中，该药物成功使得6名重型β地贫患儿摆脱对输血的依赖，创造了全世界首次通过CRISPR基因编辑技术治疗β0/β0型重度地贫的成功案例。2022年8月，BRL-101的IND申请获得CDE许可，目前正在进行1/2期临床试验。
博雅基因：ET-01
ET-01基于博雅辑因以基因编辑技术为基础的四大技术平台研发，用于治疗输血依赖型β地中海贫血，同样靶向BCL11A基因红系增强子，通过在基因组层面阻断BCL11A表达提升HbF水平。2021年1月，公司宣布ET-01的IND申请获得NMPA批准，目前正在进行多中心1期临床试验。
Editas：EDIT-301
Editas Medicine公司的EDIT-301是一种体外基因编辑疗法，适应症为镰状细胞病和β-地中海贫血，使用新型Cas酶AsCas12a来对CD34+HSC的HbF基因（HBG1与HBG2）的启动子进行基因编辑，实现红细胞中HbF表达持续增加，以此达到治疗目的。目前，EDIT-301在输血依赖型β-地中海贫血患者中的1/2期临床试验正在进行。
瑞风生物：RM001
瑞风生物研发的新型精准基因编辑候选产品RM001同样针对HBG1/2靶序列，用于治疗β-地中海贫血，通过CRISPR/Cas9重新激活γ-珠蛋白基因表达来实现HbF表达水平的上调，避免编辑BCL11A这一重要多功能转录因子。在2022年5月的欧洲血液学年会（EHA）上，瑞风生物公布了RM-001的初步IIT数据，所有患者均在回输细胞后1-2个月内均摆脱了输血依赖。截止发稿，该候选产品的IND申请已经NMPA通过。
Beam：BEAM-101
碱基编辑公司Beam Therapeutics的领先的体外基因编辑候选产品BEAM-101采用碱基编辑技术，通过HbF基因启动子中的碱基交换来构建可导致HbF遗传持久性的自然变异，提高患者体内HbF的表达水平，有同时治疗镰状细胞病或β-地中海贫血的潜力，该药物目前正在进行一项针对β-地中海贫血的1/2期临床试验。
新芽基因：GEN7010
新芽基因拥有自主知识产权的碱基编辑器TAM BE的全球专利，可以在sgRNA的引导下实现特定位点碱基变换。针对β-地中海贫血的基因疗法GEN7010便是基于这一平台开发，目前尚处于临床前研究阶段。
03
同源定向修复（HDR）
目前，公布使用这种方式治疗β-地中海贫血的企业只有Graphite Bio一家。Graphite Bio公司的下一代基因编辑自体HSC疗法同样基于CRISPR-Cas9基因编辑技术，不过公司在此基础上开发了UltraHDR平台，将CRISPR基因编辑从切割和破坏基因转变为DNA的定向精确修复。在找到突变基因位点后，HiFi Cas9通过高精度DNA切割来去除突变的DNA，随后使用AAV6递送正确的DNA序列模板，来实现突变基因组的纠错修复，使之能够正常转录并翻译生成正确的蛋白质，这种基因修复方式被称作HDR。
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GPH102正是基于Graphite Bio的UltraHDR平台研发，是一种基因替代方法，使用功能基因替换突变的β-珠蛋白基因来恢复HbA的表达水平。不过，去年年底，同样基于UltraHDR平台的首款候选产品nulabeglene autogedtemcel（nula-cell，GPH101）在治疗镰状细胞病的1/2期临床试验中出现不良事件，公司自愿暂停了该临床试验，因此公司也在今年1月宣布暂时搁置 GPH102 的IND申报，目前GPH102还处在临床前阶段。
整体而言，目前采用HDR这一更为前沿的技术路线来设计基因治疗药物的企业还非常少有，该技术还面临着进一步优化的需求。但同时，这也是基因治疗的一大终极发展方向——真正地修复人体内错误突变的基因序列。或许在越来越多企业加入之后，相应的技术难道也将更快得到解决。
04
小结
作为一种单基因突变遗传性血红蛋白病，β-地中海贫血的致病机制较为清晰，治疗思路也相对明确，因此成为了各大企业切入基因治疗这一领域的“入场券”，同为遗传性血红蛋白病的镰状细胞病同样如此。可以说，β-地中海贫血是整个基因疗法的一个投影，在这一疾病的治疗领域，先后涌现出了不同的机制与策略，其背后则是技术的创新与迭代。在此，我们姑且将慢病毒载体称为“一代”疗法，CPRSPR-Cas9基因编辑称为“二代”，基于CPRSPR的HDR称为“三代”，可以看到，基因治疗的技术手段正在不断迭代更新，为患者带去更安全、更长久获益的治疗方案。
慢病毒载体的随机整合可能带来一定的致癌风险，CRISPR基因编辑疗法在克服这一缺陷的同时也存在着脱靶效应、DNA损伤以及染色体改变等风险，HDR则尝试“取两家之长”，在精确靶向突变基因的同时提供正确的DNA模板。不过，所有新技术的探索都必然伴随着坎坷与风险，只有在不断尝试与改进之下 ，方能逐渐成熟。实际上，每种不同的技术路线都有其独特的优势，也存在着叠加使用的可能。期待在未来能够看到更多的技术突破，为基因治疗带来安全高效的落地路径，真正释放基因疗法的无限潜力。
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