基因編輯迅速成為生物技術新前沿

比爾·阿爾珀特

去年的諾貝爾獎引起了華爾街的注意。2020年10月7日，瑞典科學院將去年諾貝爾化學獎授予兩位開發Crispr-Cas9技術的科學家。Crispr-Cas9是一種基因編輯剪刀，可以讓科學家在精確的位置剪斷和編輯DNA鏈。Crispr-Cas9技術于2012年由艾曼紐·卡彭特（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）發現，隨后以罕見的速度被商業化。去年這項技術的進一步開發獲得諾貝爾獎后，Crispr Therapeutics、Intellia Therapeutics和Editas Medicine這三家研發Crispr基因編輯療法的公司獲得了極大的提振，過去幾個月，這三家公司的股價已經漲了一倍多，總市值超過了230億美元。

Crispr-Cas9是為了治療大量遺傳性疾病以及通過新辦法來抗擊癌癥的第二代技術。基因編輯技術的發展速度非常快，下一代技術已緊隨Crispr-Cas9之后推出，其中包括一種被稱為堿基編輯（base editing）的更精確的基因編輯工具，和這一技術相關的Beam Therapeutics （BEAM）自2020年2月上市以來股價上漲了六倍。

雖然基因編輯初創公司在多年的臨床試驗中會賠錢，但很難說這些股票被高估了。如果它們的一次性干預措施能夠治愈那些慢性（或目前還沒有任何療法的）疾病，那么這些公司的股票就會大幅上漲。專利權和專有技術也使它們成為大型制藥公司理想的合作伙伴或收購目標。大型制藥公司收購第一代基因療法初創公司的溢價高達100%，如諾華（NVS）在2018年收購AveXis和羅氏（RHHBY）在2019年收購Spark Therapeutics等交易。

1月6日的消息稱，堿基編輯技術修復了實驗室小鼠患早衰癥的基因缺陷，基因編輯技術的突破也因此得到證實。

哈佛大學化學教授、博德研究所（Broad Institute）及霍華德·休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）基因編輯技術領域的先驅劉如謙（David Liu）說，“患早衰癥的兒童的壽命中值只有14年，我們對可能一次性治療早衰癥的療法感到非常興奮，這種療法能夠直擊病灶，而不僅是治療癥狀。”當然，研究人員現在必須證明這種療法對人類也有效。

基因療法演化50年

近50年前，研究人員開始提出治療遺傳性疾病的方法。每個DNA分子都有四種堿基，以其化學名稱的第一個字母命名：A、T、G和C。人體基因組有30億個堿基對，特定的基因序列編碼特定的基因，而這些基因又為產生特定的蛋白質提供指令。然而，如果發生了基因突變，那么這些指令就會變得混亂，產生一種不同版本會導致疾病的蛋白質。基因療法就是為了糾正這些錯誤。

基因治療實驗始于上世紀90年代，但直到2017年，美國食品藥品監督管理局（FDA）才批準了第一個療法——Spark Therapeutics和羅氏研究的用于治療導致失明的基因缺陷的Luxturna療法。FDA批準的第二個療法是AveXis和諾華研究的治療肌肉萎縮疾病的Zolgensma療法。雖然這兩種疾病都屬于罕見病，但每個療程的費用超過200萬美元，從去年第四季度的銷售情況來看，去年全年Zolgensma的銷售額達到12億美元，諾華預計2021年的銷售額有望超過20億美元。

大多數第一代基因療法使用中空病毒攜帶合成基因組進入細胞。轉移的基因并沒有整合進細胞的 DNA 中，但是細胞仍然可以使用這些指令來產生缺失的、帶有功能的蛋白質。

數百種這樣的基因強化療法正在進行臨床試驗。BioMarin Pharmaceutical （BMRN）、 UniQure （QURE）和輝瑞（PFE）分別已進入治療血友病的第三階段試驗，血友病是由凝血蛋白基因突變導致的出血性疾病。輝瑞還在與Sarepta Therapeutics （SRPT）競爭，用轉移的基因治療杜興氏肌肉營養不良癥，這些轉移基因可以產生病人無法產生的肌肉蛋白。

輝瑞正在這類基因轉移技術上大舉投資，未來幾年有三項臨床試驗的結果可能會獲批。輝瑞罕見病首席科學官Seng Cheng稱，生產能力將是至關重要的。輝瑞正在北卡羅來納州投資建設生產設施，希望在2023年前推出一種獲得批準的產品。

輝瑞表示，該公司每一種基因療法每年可以帶來至少10億美元的銷售額。輝瑞罕見病部門總裁蘇尼特·瓦爾馬（Suneet Varma）稱，美國監管機構預計到2025年每年將批準10種到20種基因療法。“到2030年，美國市場上可能會有100種基因療法，”瓦爾馬說。

然而，這類基因轉移療法有其局限性。由于轉移的基因沒有整合到基因組中，而是在細胞分裂的過程中遺留下來，因此隨著兒童的成長，或者在細胞更新率高的身體部位，這些基因的作用會逐漸消失。因此，這些昂貴的治療可能需要每隔幾年重復一次，而患者的免疫系統可能會產生抗體。由于基因轉移療法仍是個新事物，其療效的持久性仍然是一個未知數。

由于BioMarin研究的血友病療法產生的凝血蛋白水平會下降，FDA堅持要求該公司再進行一年的試驗，然后才考慮批準該療法。受此消息影響，去年8月BioMarin的市值蒸發了三分之一。今年1月8日，由于肌肉萎縮癥基因轉移療法中期數據表現令人失望，Sarpta的股價暴跌了50%。

如何押注基因編輯公司

由于基因編輯技術能夠永久性地改變基因組，因此看起來不會受到上述問題的影響。自然界進化出了許多能在基因組特定位置切割DNA的工具，在科學家們發現了這些工具后，它們成為了一些上市公司業務的根基。Sangamo Therapeutics （SGMO）已經掌握了鋅指核酸酶技術（zinc finger nucleases），并正在與輝瑞、諾華和百健（BIIB）展開合作。Celletis （CLLS）和Allogene Therapeutics （ALLO）使用的是歸巢核酸內切酶技術（meganucleases）和轉錄激活因子樣效應物核酸酶技術（Talens），以此研究治療癌癥的療法，Bluebird bio （BLUE）在治療鐮刀型紅血球疾病和癌癥的試驗中也使用了這兩項技術，該公司近期宣布將分拆成兩家公司，一家從事癌癥研究，另一家從事罕見病研究。

目前靶向基因編輯使用最廣泛的工具是Crispr-Cas9。這種工具源于一種細菌進化出來的能夠識別和消滅入侵病毒的機制，將DNA剪切蛋白Cas9和一段名為Crispr的RNA配對。RNA通常將基因信息從DNA傳遞到組裝蛋白質的細胞工廠。由于RNA與互補序列的DNA配對，被編寫后的RNA“向導”可以把Cas分子剪刀引向幾乎任何基因組的位置。

Beam Therapeutics首席執行官約翰·埃文斯（John Evans）說，“這種通過基因序列在30億個堿基中定位單個基因組位置的能力，到現在也依然是一個奇跡。”

基因編輯已被證明能夠成功地永久性干擾有害基因。在鎖定堿基對后，Crispr-Cas能干凈利落地剪切兩條DNA鏈，然后細胞將自然修復，重新連接切斷的末端。但這一修復過程很容易出錯，通常會插入或刪除堿基對，如果插入和刪除能使有毒基因失去活性，就變成了一件好事。

雖然Crispr更快，成本更低，但鋅指（zinc fingers）和轉錄激活因子樣效應物核酸酶（Talens）也可以通過編程精準定位和剪切。然而，Sangamo、Allogene、Cellectis和Bluebird bio等使用這一技術的公司不如使用Crispr技術的公司那么名聲大噪，是“基因編輯”投資熱中更便宜的投資標的。

表：以下生物技術初創公司通過使用一些強大的新工具來修復基因錯誤

注：數據截至2021年1月14日。資料來源：Sentieo;FactSet。制表：張玲

2016年，Crispr Therapeutics （CRSP）、Editas （EDIT）和Intellia （NTLA）先后上市，這些公司獲得了杜德納所在的加州大學伯克利分校和卡朋特所在的維也納大學授予的技術許可證（卡朋特后來加入了柏林的馬克斯·普朗克學會）。每家公司大約有六個項目，并已經籌集了大量資金。

最受市場青睞的是由卡朋特聯合創辦的Crispr Therapeutics，該公司近期股價為212美元，估值為138億美元。該公司正在試驗一種給癌癥患者注射腫瘤靶向性免疫細胞的治療方法。今年，Crispr Therapeutics計劃對編輯過的細胞進行另一項治療糖尿病的試驗，而且在治療最常見的遺傳性疾病鐮狀細胞的試驗中進展順利，Chardan Capital Markets分析師格拉·列夫謝茨（Geulah Livshits）預計，目前有10萬美國人患有這種疾病，每年新增4000名患者，每年至少需要3000項一次性治療，每次治療費用超過160萬美元。

Crispr Therapeutics首席執行官薩馬斯·庫爾卡尼（Samarth Kulkarni）認為，基因編輯將勝過基因轉移療法。“基因療法雖然令人興奮，但可能只是一項五到十年的治療方案，”庫爾卡尼說，“而基因編輯有望成為一項終身治療方案。”

2020年前九個月，Crispr Therapeutics消耗了大約1.6億美元資金，但該公司的現金超過15億美元，研發成本由拜耳（BAYN.德國）和Vertex Pharmaceuticals （VRTX）等合作伙伴分擔。

Vertex Pharmaceuticals是押注Crispr技術的首批公司之一，之前該公司主攻囊性纖維化的治療，這一遺傳疾病一直困擾著研究基因療法的公司。Vertex Pharmaceuticals和Crispr Therapeutics目前正在開發針對囊性纖維化、肌肉營養不良以及鐮狀細胞和β型地中海貧血療法。

地中海貧血等血液疾病的基因編輯療法。Vertex Pharmaceuticals科學負責人大衛·阿特舒勒（David Altshuler）看好基因編輯的多功能性，同樣的療法既可以用于治療鐮狀細胞貧血也可以用來治療地中海貧血。

Editas和Intellia這兩家公司的市值相對較小，均為50億美元左右。Editas正在進行一項治療視網膜疾病的臨床試驗，并計劃開始鐮狀細胞貧血、地中海貧血和現成的細胞療法對抗癌癥的臨床試驗。

Intellia也在英國進行鐮狀細胞治療試驗，該試驗得到了諾華公司的支持。Intellia還與Regeneron Pharmaceuticals （REGN）合作啟動了第一個系統注入患者的編輯療法的試驗——目的是剔除導致甲狀腺素運載蛋白突變的基因，突變的甲狀腺素運載蛋白數量增多會慢慢導致患者死亡，相關數據或將于今年開始公布。和早衰癥一樣，這種疾病不能通過基因療法來治療，因為突變的基因會不斷產生突變的甲狀腺素運載蛋白，而且會控制已轉移的健康基因的產生。

Chardan的列夫謝茨對上述三家公司的評級都為“買入”。她說，“三家公司的研發方向都略有不同。”但基因編輯有望成為一項終身治療方案，她認為這是一個優勢。

其他分析師認為很難對使用基因編輯技術的公司進行合理估值，他們給出的目標價遠低于該技術獲得諾貝爾獎后相關公司目前已經上漲的股價。如果稀缺性的價值激發了人們的熱情，那么競爭就來了。杜德納目前為Scribe Therapeutics、Caribou Biosciences和Mammoth Biosciences等尚未上市的公司提供建議。Raymond James分析師史蒂文·希德豪斯（Steven Seedhouse）給予Crispr Therapeutics“跑輸大盤”的評級，他認為其高昂的股價高估了Crispr-Cas相對于其他技術的優勢。希德豪斯還認為，Editas已經漲得太高，他給予“和大盤一致”的評級。他給予估值最低的Intellia“跑贏大盤”的評級。

盡管大多數投資者看漲Crispr-Cas技術相關股票，但他們似乎對Beam這家公司更感興趣。盡管比其他公司晚了四年才開始運營，而且開展臨床試驗的時間也較晚，但按近期107美元的股價計算，Beam的市值為57億美元，高于Intellia和Editas。

Beam是由劉如謙和Editas其他幾位聯合創始人創辦的，目的是將堿基編輯商業化，堿基編輯是一種更精確的Crispr引導修復形式，于2016年由劉如謙的實驗室推出。當一種疾病是由一個基因中的一個不正確的堿基引起時——大約30%的已知遺傳問題是由這種點突變引起的——堿基編輯可以通過交換一個C和一個T或一個A和一個G來糾正這個問題，與其他基因編輯技術不同的是，它不會把兩條DNA鏈都切斷。

Beam首席執行官埃文斯說，“Crispr-Cas唯一能做的就是切割DNA，實際上無法控制在成功切割后會發生什么。通過堿基編輯，我們改變了單個堿基，就好像細胞沒有注意到它們被編輯過一樣。”

在截至2020年9月的九個月里，Beam耗費約7000萬美元現金，目前仍有超過3億美元現金。該公司的目標指向基因編輯先驅們所尋求治療的幾種疾病，包括鐮狀細胞病，Bean有意今年開始對其進行臨床試驗。

堿基編輯可以解決其他基因技術無法解決的問題，比如早衰癥。單次注射就可以糾正實驗室小鼠的早衰癥基因。Crispr-Cas在剪切DNA時可能會把患者的其他健康基因拷貝作為目標，健康基因拷貝與毒性基因只有一個堿基對的差別。Crispr-Cas在編輯實驗室小鼠早衰癥基因時獲得的效果平平。

新的基因編輯策略即將問世。堿基編輯只能糾正單點突變。Crispr-Cas技術可以有效地干擾目標基因，但到目前為止還沒有實現精確向基因中插入所需的代碼片段。2019年，劉如謙的實驗室展示了一種實現這一目標的方法，即一種名為先導編輯（prime editing）的技術。

先導編輯技術可以在一個精確的位置插入、刪除或替換幾十個堿基對序列，這可能是永久性修復某些囊性纖維化所需要的。先導編輯也可以交換堿基對，而堿基編輯做不到，這也是Beam為一種比其他療法更能直接修復鐮狀細胞的療法發放了先導編輯技術授權的原因。

雖然先導編輯還不能在某些類型的細胞中有效工作，但劉如謙認為這項技術最終將用于研究近90%的致病突變的療法。

為了進行更大的插入和刪除，研究人員對細菌如何利用轉座酶和重組酶重組大塊DNA感興趣。劉如謙等研究人員已經發現，重組酶可以操縱哺乳動物細胞中DNA的大片段，但只限于基因組中某些位置。

這些技術已經引起了生物技術領域最有洞察力的風險投資者之一努巴爾·阿費彥（Noubar Afeyan）的注意。新冠疫苗開發公司Moderna （MRNA）就是由他的公司——設在馬薩諸塞州劍橋市的Flagship Pioneering創辦的。去年，Flagship Pioneering創辦了一家名為Tessera Therapeutics的初創公司，計劃利用轉座酶剪切和粘貼整個基因。

Tessera Therapeutics和其他實驗室都還沒有證明轉座酶可以通過編程用于針對多種DNA，至少在比細菌更復雜的細胞中是這樣。但Tessera Therapeutic首席執行官杰弗里·馮·馬爾查恩（Geoffrey von Maltzahn）說，他的公司將證明，轉座酶可以添加細胞分裂時不會遺留下來的新基因。這或許可以用于治療嬰兒，而不用像基因療法那樣必須等到患者的生長速度放緩。1月12日，Tessera Therapeutics宣布從軟銀集團（SoftBank Group）、Alaska Permanent Fund和卡塔爾投資局（Qatar Investment Authority）等投資者那里獲得了2.3億美元的注資。

劉如謙稱，所有這些基因工具都能派上用場。“一些非Crispr堿基編輯器和核酸酶被廣泛使用，”他說，“在實際應用中，核酸酶、堿基編輯器和先導編輯器都有各自的優缺點，這取決于具體的應用。”

當然，投資者暫時還不能指望這些基因編輯項目能盈利。基因轉移療法的臨床試驗耗費的時間比所有人的預期都要長，美國食品藥品監督管理局（FDA）曾多次要求試驗暫停，以調查可能存在的安全問題。基因編輯臨床試驗可能要到2023年或2024年才能獲得批準。

與基因轉移療法一樣，基因編輯療法每次的治療收入確實有可能達到100萬至200萬美元，即使對罕見疾病的治療也是如此。在發達市場，患有某種特定遺傳疾病的人口可能有數百或數千人，治療每種疾病的收入可能達到幾十億美元。在現有患者獲得治療后，年銷售量將逐漸減少到和新病例出現相當的水平。

輝瑞正在與政府和私人買方討論新技術的付費方案計劃，即使該公司的基因轉移療法尚未獲得批準。輝瑞罕見病部門總裁瓦爾馬稱，政府正在考慮按效果付費的模式或采用年金模式，多年內分期付款。保險公司則已研究了針對遺傳疾病的風險分擔計劃。

瓦爾馬稱，隨著一次性治療取代長期銷售，制藥行業的財務模式將發生變化。他說，“傳統藥品往往在失去專營權前的至少三四年達到頂峰，基因療法可能正好相反，也就是說在頭三年里達到頂峰。”

雖然基因編輯類股已經突破了自己的目標價，但許多生物技術公司的經歷表明，選擇新技術平臺的切入點非常不容易。明智的投資者可能在等待更多科學研究方面的消息，想進行收購的制藥公司可能也在觀望。

（《巴倫周刊》英文版2021年1月14日）