細胞基因治療產品開發到臨床應用

陸淵

本文基于筆者掌握的材料以及近年來直接參與藥物轉化相關研究與課題的實際經歷和體會，探討了基因與細胞治療的背景，藥物的基礎科研、轉化研究到臨床研究的過程，以及細胞基因的IND申請及策略等，希望供對這方面感興趣的讀者有所參考。

一個革命性療法成就一個醫學奇跡

在現代醫學探索中，每一次突破都代表著為無數患者帶來新生的可能性。CAR-T細胞療法的出現，無疑是醫學領域最引人矚目的突破之一。CAR-T全稱嵌合抗原受體T細胞免疫療法（Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy），是一種通過基因工程技術改造T細胞，增強其靶向殺傷腫瘤細胞的能力，從而實現腫瘤治療的方法。

CAR-T療法包括5個步驟。1）T細胞采集：首先，從患者的血液中采集T細胞，這些細胞是免疫系統的一部分，負責識別并攻擊異物，包括癌細胞。2）CAR的構建：在實驗室中，科學家將基因工程技術用于修改這些T細胞。他們設計并構建了一種被稱為嵌合抗原受體（CAR）的蛋白質，該蛋白質能夠識別并結合到特定的癌細胞表面抗原。3）CAR的導入：經過基因工程改造的CAR-T細胞被重新注入患者的體內。這樣，患者的體內就會存在一群具有特異性抗癌能力的CAR-T細胞。4）CAR-T細胞的活化：一旦CAR-T細胞進入患者體內，它們開始通過CAR與癌細胞表面的特定抗原結合。這個結合激活了CAR-T細胞，使其釋放細胞毒素并直接攻擊癌細胞。5）免疫記憶效應：CAR-T細胞不僅能夠直接殺死癌細胞，還能激活患者的免疫系統，使其保持對癌細胞的記憶。這意味著即使一段時間后癌癥復發，患者的免疫系統仍然能夠迅速識別并攻擊癌細胞。

艾米莉 · 懷特海德（Emily Whitehead）是CAR-T細胞療法的一位活生生的成功案例。以往開發抗癌藥物，包括最新的靶向藥物，我們的目標是“延長病人壽命，提高病人生活質量”。制藥公司、監管機構和醫生，沒有任何人會不切實際地把“治愈癌癥”作為目標，直到CAR-T出現！

2012年，5歲的美國女孩懷特海德被診斷患有急性淋巴細胞白血病（ALL），情況危急。患晚期白血病在所有傳統療法都失效的情況下生存時間不可能超過半年，于是她接受了CAR-T技術的實驗性治療手段，目前已經過了11年無癌生活。

細胞基因治療

細胞基因治療通過將外源性基因導入靶細胞，置換或校正缺陷和異常基因的表達，從而改變細胞的生物學特征，達到治療疾病的目的。細胞基因治療理論的奠基可追溯至中心法則，由于生命活動中遺傳物質的傳遞與表達起著決定性的作用，人們開始思考如何通過調控基因和細胞來治療疾病。CAR-T通過基因工程技術改造T細胞，而科學家是如何想到CAR的設計呢？

傳統的T細胞識別機制涉及主要組織相容性復合體（MHC），呈遞抗原片段給T細胞。然而，很多腫瘤細胞通過減少MHC的表達來逃避免疫系統的監視和攻擊。在CAR-T治療中，CAR繞過了MHC的作用，直接與腫瘤細胞表面的抗原結合，因此不依賴MHC的呈遞過程。這是CAR-T療法的一項優勢，使得CAR-T細胞能夠識別廣泛的抗原，包括那些可能減少或缺失MHC表達的腫瘤細胞。這也意味著CAR-T療法可以用于多種患者，而不受個體MHC的限制。

20世紀后半葉，基因工程和細胞生物學的迅猛發展為基因細胞治療提供了強大的工具和理論基礎。技術手段的不斷創新推動了治療方法的多樣化。這些技術手段包括：基于病毒和非病毒載體的遞送系統；CRISPR、單堿基編輯（BE）、先導編輯（PE）等基因編輯技術；免疫細胞、干細胞等體外培養技術；反義核苷酸、RNA干擾與激活等小核酸技術。

隨著基因相關技術的快速發展，基因藥物在遺傳、非遺傳疾病領域的應用價值快速凸顯，截至2023年12月8日，全球已有51款基因治療產品獲批上市，中國有6款，基因治療迎來快速發展階段。

創新藥的研發

創新藥物研發通常可分為三個主要階段：基礎研究、轉化研究和臨床研究。基礎研究通過在各種模型中進行相關研究，以探索新的信號通路、遺傳基因等分子機制層面的發現。臨床研究則在人體中進行相關試驗，以驗證治療方式的安全性和效果。

與公眾通常的理解不同，基礎研究和臨床研究之間存在較大的間隔，而連接二者的是轉化研究，又稱為從實驗室到病床的研究（bench-to-bedside）。一方面，基礎科研需要通過更接近人體的稀缺模型（如原代細胞、組織樣本、人源化小鼠等）來驗證新機制是否與人體相同，并按照工業界標準進行驗證，以確定相關發現的可靠性以及與疾病的相關性。另一方面，臨床研究中的一些偶然發現，如特殊藥物組合的有效性、特定人群的敏感性等，也需要在轉化醫學領域進行更深入的研究，以找出明確的分子機制并基于這些發現開發干預手段。

缺失轉化研究： 根不固而求木之長

缺乏轉化研究的創新藥面臨著怎樣的困境？來自布朗大學的阿提拉 · 塞伊汗（Attila A. Seyhan）教授在2019年的一篇綜述中提到了基礎科研和臨床研究之間存在的“死亡之谷”概念，包括研究成果的可重復性和臨床相關性等問題，這些問題需要通過轉化研究來解決。

不過，一些轉化研究常常顯得不夠深入，其中包括：宣稱在某適應證方面首創新機制，但靶點一直無法明確；對相關機制進行了若干探索性研究，但證據分散且不充分，或者孤證不立；藥效實驗結果模糊不清，難以重復驗證；重要實驗數據的可信度不足，得不到同行、客戶和監管機構的高度認可；藥代毒理劑量、給藥頻次探索不充分，臨床方案設計面臨困難；臨床前或臨床試驗出現異常數據無法解釋，不知如何干預或改進。

CAR-T的轉化研究做了什么呢？白血病是一組由惡性克隆性白細胞異常增殖引起的血液系統疾病，其中ALL是最常見的亞型之一。ALL通常表現為白細胞的異常增多，嚴重影響正常造血功能。

CD19是B細胞表面的抗原，也是CAR-T細胞療法的主要靶點。CD19 CAR-T細胞療法中，患者的T細胞被提取并通過基因工程技術改造，使其表達CD19特異性的嵌合抗原受體。這樣，T細胞被賦予了針對CD19抗原的能力。在臨床前階段，研究人員研究并證明了CD19 CAR-T能特異性地識別并結合CD19抗原，一旦CAR結構與CD19結合，CAR-T細胞激活并釋放細胞毒性物質，導致腫瘤細胞死亡。多個臨床試驗表明，CD19 CAR-T細胞療法在治療ALL方面取得了顯著的有效性。

總體而言，從明確的靶點和疾病機理研究，到臨床前符合藥物設計原理的概念驗證數據，再到可重復的、可信度高的臨床數據，都為CD19 CAR-T療法穿越死亡之谷打下了堅實的基礎，成為一款能切實造福于患者的革命性療法。

細胞基因治療的產品開發及臨床推進

一個創新藥物從發現到最終上市，其中要經歷從候選藥物發現、臨床前研究、新藥臨床試驗（Investigational NewDrug，IND）申請、臨床研究、新藥申請（New Drug Application，NDA）到上市，以及上市后開發公司仍需對產品進行IV期臨床研究和上市后監測等過程，其中的每一步都有可能會導致藥物研發失敗。

同時，藥物研究和開發的過程是一個多學科、跨專業共同合作的過程，需要各個職能團隊緊密、高效地合作，有序地配合。比如，一款細胞基因藥物的產品開發到早期臨床應用會包含早期研究（藥物靶點的選擇與確認、基因序列的設計與篩選、基因修飾與候選藥物的設計與篩選等）、臨床前研究（藥理、毒理、藥代動力學等）、藥品開發（工藝開發與分析方法開發）、臨床階段（臨床藥理等）、藥品生產（生產和質量管理）、藥品注冊，以及最后的市場和商業化。這個過程中，還會有商務拓展團隊、戰略分析團隊等對市場分析和商業戰略進行分析，不斷尋找新的外部合作資源，溝通技術轉讓和知識產權管理，以前瞻性地預測未來疾病治療的趨勢和布局未來的新技術，為長遠發展提前做好部署，并在競爭激烈的制藥行業中保持競爭優勢。

我國在基因藥物領域的基礎研究和臨床試驗開展較早，首個臨床試驗可追溯到1991年（B型血友病患者展開的基因藥物治療臨床試驗），但當時對基因藥物的監管政策法規相對滯后，對于研究開發的多個環節設計的具體內容沒有詳細要求與規定，約束性不強。2003年，國家藥監局發布“人類基因治療研究和劑型質量控制技術指導原則”，逐步開始加強基因藥物的監管。2018年，中國開始加強對基因藥物及生物安全等領域的技術指導和法律法規制定。近年來，《基因治療產品長期隨訪臨床研究技術指導原則（試行）》《基因治療產品非臨床研究與評價技術指導原則（試行）》《基因修飾細胞治療產品非臨床研究技術指導原則（試行）》 《體內基因治療產品藥學研究與評價技術指導原則（試行）》等文件相繼發布，我國基因藥物監管體系得到持續優化。相信隨著監管體系及機制的不斷完善，我國的基因藥物領域也會迎來新的發展里程碑。