干货来袭！基因治疗临床试验概述

基因治疗的历史可以分为基础研究、临床实验开始、萧条到繁荣以及未来的发展这四个阶段（图1）。下文将对每个阶段的时间及发生的主要事件进行详述。

图1 基因治疗的发展历史

1.1 基础研究阶段（1909-1973）

基因治疗之旅始于Wilhelm Johannsen创造了“基因（gene）”一词。Francis Crick和James Watson在大约半个世纪后发现了DNA双螺旋结构。“基因工程（genetic engineering）”一词最早是在20世纪30年代开始使用。在20世纪60年代，人们发现了细菌中基因转移的基本原理，并根据这些原理发展了真核细胞的基因转移技术。20世纪70年代首次描述的限制性内切酶和连接酶构成了基因操作的基础。重组DNA技术使研究人员能够将选定的治疗基因导入工程载体。随着病毒转移遗传物质的能力被发现，病毒载体逐渐成为一种有前途的基因转移工具。这些技术进步使科学家成功应用基因治疗载体将特定遗传物质转移到靶细胞从而实现治疗目的。

1.2 临床试验开始阶段（1989-2003）

基因治疗临床阶段始于1989年，一种逆转录病毒被应用于新霉素耐药标记，用来追踪黑色素瘤免疫治疗中的浸润性淋巴细胞。第一次成功的基因治疗临床试验于1990年在宾夕法尼亚大学启动，在一名被诊断为重症联合免疫缺陷病（SCID）的四岁女孩体内应用：该试验使用逆转录病毒载体将正常拷贝的腺苷脱氨酶（ADA）基因转移到患者的T细胞后，令机体产生ADA的能力提高。经过该试验，患者病情得以缓解且目前仍然存活。

然而，病毒载体的使用伴随着随机基因插入突变和免疫反应等不良事件，这使得基因治疗应用的步伐开始放缓。1999年，一名被诊断为罕见代谢性疾病的18岁男孩，在接受腺病毒载体介导的编码鸟氨酸转氨酶基因疗法后，死于因病毒引起的强烈免疫反应及继发性多器官衰竭，成为第一个因基因治疗导致死亡的患者。尽管这些不良事件延缓了基因治疗的发展，但也展示出了基因治疗对基因缺陷性疾病的治疗潜力。

1.3 从萧条到繁荣阶段（开始批准基因治疗产品，2003-2022）

2003年，在经过大约686项临床试验后，国家食品药品监督管理局批准了Gendicine（今又生）上市，这是世界上首个获批上市的商业化基因治疗产品。两年后，国家食品药品监督管理局批准了溶瘤病毒产品Oncorine（安柯瑞）上市。2012年，欧洲药品管理局（EMA）批准了uniQure公司的AAV基因治疗产品Glybera，用于治疗脂蛋白脂肪酶缺乏症LPLD。第一个干细胞基因治疗产品Strimvelis于2016年获EMA批准上市。2017年，美国食品药品管理局（FDA）批准了两种嵌合抗原受体（CAR）产品Kymriah和Yescarta，成为基因治疗药物发展史上的关键里程碑，为未来的基因治疗产品研发上市铺平了道路。2017年12月，FDA批准了全球首款AAV基因治疗产品Luxturna，用于治疗双等位RPE65基因突变导致的2型先天性黑蒙症LCA。2019年5月，FDA批准了诺华公司的AAV基因治疗产品Zolgensma，用于治疗2岁以下的脊髓性肌肉萎缩症SMA，该药品以其212.5万美元的售价被称为“全球最昂贵药物”。2022年，又有3款AAV基因治疗药物获FDA批准上市，分别是Upstaza、Roctavian和Hemgenix。

1.4 未来的发展阶段（2022-2025）

随着多款基因治疗产品的成功上市，以及越来越多的基因治疗产品走向临床，基因治疗行业呈现出井喷式发展。该文总结了目前处于申请上市的69款基因治疗产品及其适应症（表1）。

表1 待批准的基因治疗产品

基因疗法在多个领域均发挥重要作用，作者回顾了2010-2020年的1908项基因治疗临床试验后（图2），得出的结论是，目前基因治疗的临床应用可分为三个主要领域：癌症（Cancer）、单基因或多基因疾病（遗传性疾病，Genetic Disease）、传染病（Infection）。

2.1 基因治疗：一种新兴的癌症治疗方法

如图2C所示，血液系统相关癌症的基因治疗临床试验数量是最多的，其次是胃肠道和神经系统相关癌症。表2总结了基因治疗领域常见的疾病。白血病、淋巴瘤、黑色素瘤和多发性骨髓瘤是基因治疗领域最常见的癌症类型。从目前针对癌症的临床试验来看，大多都处于临床1期（图3）。目前为止，已有一些被批准用于癌症治疗的基因治疗产品，如Gendicine、Oncorine、Rexin-G、Imlyga、Delytact和8个CAR-T细胞治疗产品，包括Kymriah、Yescarta、tecartus、breyanzi、abecma、ARI-0001、carteyva和carvykti。

2.2 遗传性疾病的基因治疗

如图2D所示，遗传性疾病的基因治疗大多集中在代谢障碍类疾病、眼科疾病和凝血障碍类疾病上。临床试验数量最多的遗传性疾病主要有SMA、DMD、B型血友病、ADA-SCID和β-地中海贫血（表2）。与癌症相比，遗传性疾病的基因治疗临床试验处于临床3期的比例更高（图3）。这些临床试验大多是在体内进行的，AAV是最常用的基因治疗载体（图4）。目前为止，已有一些被批准用于治疗ADA-SCID、DMD、SMA、LCA、β-地中海贫血的基因治疗产品上市。

2.3 传染病的基因治疗

如表2所示，AIDS、COVID-19、疟疾、埃博拉、丙型肝炎、HPV和乙肝是临床试验数量最多的传染病。但从获批的基因治疗产品数量上来看，基因治疗在传染病的应用上还有很长的路要走。

图2 不同疾病类型基因治疗的临床试验数量

表2 基因治疗领域常见的疾病

图3 按研究阶段和疾病类别分类的2010年-2020年临床试验数量

理想的基因治疗载体应具有高转导效率、诱导长期稳定表达的能力、靶细胞特异性、负载容量等特性。最常见的载体类型是病毒载体。与非病毒载体相比，病毒载体具有更高的转导效率、更强的工程化能力和高度特异性的基因递送特点。慢病毒和逆转录病毒主要用于制造CAR-T细胞和TCR修饰的T细胞产品。腺病毒载体作为溶瘤病毒产品和病毒疫苗产品而广为人知。AAV载体因其安全性高、持续表达时间长，免疫原性低、血清型多等特点，成为目前最具前景的基因治疗载体。

图4 基因治疗临床试验中使用不同载体的趋势

基因治疗从首次被认为是一种有效的治疗方法距今已有30多年的历史。基因治疗被认为是难治性疾病的有效方法。回顾基因治疗的发展趋势，近十年是基因治疗产品获批数量不断增加的十年，这意味着我们进入了一个新时代。并且基因治疗策略随着时间的推移而演变。遗传学及生物技术的发展突破，如CRISPR-CAS基因编辑，使基因疗法可治疗疾病的种类更为广阔。虽然基因疗法主要用于癌症和遗传性疾病，但目前也有多款艾滋病、疟疾和人乳头瘤病毒等传染病临床试验已进入临床晚期研究阶段。基因治疗临床试验的十年趋势分析结果显示，以慢病毒、腺病毒和AAV为代表的病毒载体，在临床中使用广泛。慢病毒在CAR-T细胞或TCR修饰的T细胞产品中广泛使用，AAV主要用作遗传性疾病的体内基因治疗载体。在非病毒载体中，最常见的是RNAs（siRNA、miRNA、shRNA）和质粒。在过去10年，体外基因治疗已经取得了一定的进展，目前的管线众多。数据也显示，体内基因治疗将会在未来十年迎来新的发展高潮。