首個基因編輯療法獲批，定價超千萬，我們離基因治療時代還有多遠
知識分子
The Intellectual
撰文丨周葉斌
2023年12月8日，FDA一次批准了兩個針對鐮狀細胞病的基因治療，其中有首個基因編輯療法——同時也是首個基於CRISPR基因編輯技術的療法[1]。
自上世紀90年代人類基因組計劃起步後，基因治療一直是最被人們暢想的醫學方向。但基因治療此後卻歷經波折，1999年美國賓夕法尼亞大學一個基因治療臨牀試驗導致18歲受試者Jesse Gelsinger死亡的嚴重不良反應事件更是讓基因治療經歷了多年冷遇。
可近年來，屬於基因治療的CAR-T腫瘤免疫治療深刻改變了血液瘤的治療格局；針對罕見病脊髓性肌萎縮症的基因治療Zolgensma自2019年上市後爲超過3000名患有這種“絕症”的患兒帶來希望，2022年更是全球銷售額超14億美元，證明基因治療完全可以取得商業成功[2]。甚至連FDA這類監管機構也在爲可能出現的基因治療井噴而招兵買馬，嚴陣以待[3]。一切似乎都預示着，基因治療的時代真要來了。
從患者人數看，全球患者人數估計爲兩千萬。而且由於鐮刀型細胞貧血的致病基因型多見於非洲裔人羣，絕大多數患者都在非洲落後地區，發達國家的患者少很多，如美國患者人數約10萬[4]。
當某個疾病集中發生在落後地區，往往會因較難獲得經費支持，難以到疾病發生地展開研究，或是直接的歧視等原因，被醫學界、社會忽視，不爲人知。鐮狀細胞病卻例外，它是全世界知名度最高的遺傳病。鐮狀細胞病的遺傳機制、鐮刀型血紅蛋白對瘧疾的適應優勢，都已經成了遺傳學的經典教科書內容。只要你學過一點遺傳學，那一點裡多半包括鐮狀細胞病。
因此，很多人都知道鐮狀細胞病是由於血紅蛋白上的變異導致，準確說是血紅蛋白β鏈上出現的變異。成人的絕大多數血紅蛋白都是由兩條α鏈與兩條β鏈構成，而β鏈編碼基因上一個鹼基的突變讓這個157個氨基酸構成的蛋白質裡第6號位的穀氨酸變成纈氨酸，就是導致鐮狀細胞病的元兇。攜帶該變異的血紅蛋白β鏈在一般情況下與正常蛋白無異，可在缺氧條件下，該變異會讓血紅蛋白纖維化，導致紅細胞變形：不再是具有韌性的扁平狀，變成極爲脆弱的鐮刀狀。鐮刀狀的紅細胞在經過毛細血管時極易破碎，導致血管阻塞危象（vaso-occlusive crisis），毛細血管堵塞又可能讓器官血液循環受阻，進而出現臟器損傷。
血管阻塞危象對患者來說非常危險，也極爲痛苦。遺憾的是，儘管只是一個氨基酸的改變，致病機理也早已有大量深入的研究，鐮狀細胞病卻仍是不治之症。常用藥物化療藥羥基脲，通過增加胎兒血紅蛋白（不帶有β鏈，不受鐮狀細胞病基因變異影響）可以降低血管阻塞危象頻率與嚴重程度。近年來的新藥包括針對黏附分子CD62P的單克隆抗體crizanlizumab以及增加血紅蛋白與氧氣親和度的小分子藥物voxelotor，也能減少血管阻塞危象。可是這些藥物都無法治癒鐮狀細胞病。
鐮狀細胞病，這個人類第一個搞清楚分子機制的遺傳病，似乎是註定要靠基因治療，這種迴歸遺傳學的方法來攻克。
很多因素都讓鐮狀細胞病太適合基因治療了：作爲一個單基因遺傳病，它的致病機理非常簡單明確，不需要考慮其它基因或環境因素影響；能讓人體運轉正常的血紅蛋白水平有很廣的區間範圍，意味着不需要讓蛋白表達固定在非常精細的水平上；該疾病影響的又只是紅細胞，只需在造血幹細胞上做基因改造就能治療，造血幹細胞又是最容易在體外做基因改造，重新輸回體內起效的細胞類型。
實際上在基因治療上市前，鐮狀細胞病也有一種治癒式療法：異體幹細胞移植。如果患者能找到骨髓配型吻合的健康人，比如兄弟姐妹的配型成功率較高，通過幹細胞移植，將健康人的造血幹細胞移植到患者體內後，患者本人雖然還是有鐮狀細胞病基因，但他（她）的造血幹細胞已經是來自捐贈者的正常基因型，將生產正常的血紅蛋白，不再受疾病困擾。
可是能配型成功的患者只是少數：美國只有不到20%的患者能找到適合的捐贈者[5]。隨着基因治療領域的發展，不難想象我們可以針對鐮狀細胞病患者的造血幹細胞做改造，讓後者也能生產正常的血紅蛋白，再用自體骨髓移植的方式來治癒疾病。
這也是FDA同日批准的兩個基因治療都採用的方案。可具體如何改造基因，兩個被批准的鐮狀細胞病基因治療卻充分展示了條條道路通羅馬。
鐮狀細胞病的基因治療目的是讓患者造血幹細胞能產生正常的血紅蛋白。一種方法是人爲引入另一個血紅蛋白的基因，這也是12月8日獲得FDA批准的Lyfgenia採用的方法。Lyfgenia利用慢病毒載體（lentiviral vector）將一個攜帶T87Q變異（既能抑制鐮刀型血紅蛋白聚合，又能作爲生物標記物）的血紅蛋白β鏈引入患者的造血幹細胞，從而產生功能正常的血紅蛋白。該基因治療的路線有點類似CAR-T，CAR-T治療也是在患者的一類血細胞，T細胞裡引入CAR基因，後者表達出來的蛋白可以識別特定的腫瘤細胞抗原。已上市的多個CAR-T治療其實也是用慢病毒載體引入CAR基因。
不過獲得FDA批准的兩個鐮狀細胞病基因治療裡引發更多關注的是Casgevy，因爲它是第一個採用CRISPR基因編輯技術的基因治療。2020年獲得諾貝爾獎的CRISPR基因編輯技術在過去十幾年徹底改變了基因編輯領域，成了使用最廣的生物技術之一。不同於Lyfgenia利用病毒載體引入外源基因，Casgevy是在用CRISPR/Cas9系統，在體外對患者造血幹細胞的基因組序列做修改，也就是基因編輯。
但Casgevy不是直接修復突變的血紅蛋白β鏈，而是採取類似圍魏救趙的策略。成人血紅蛋白主要由兩條α鏈與β鏈構成，可胎兒的血紅蛋白卻是由兩條α鏈與γ鏈構成。鐮狀細胞病的基因變異不影響γ鏈，這也是爲什麼能增加胎兒血紅蛋白表達的羥基脲能治療鐮狀細胞病。胎兒到成人的血紅細胞類型轉變與BCL11A這個轉錄因子關係密切：是BCL11A抑制了血紅蛋白γ鏈的表達，才讓人體的血紅蛋白轉型。
Casgevy用CRISPR/Cas9在造血幹細胞中阻斷BCL11A的表達，讓胎兒血紅蛋白的表達不再受抑制，也讓患者能不再受不正常的血紅蛋白β鏈影響。
從有效性來看，兩種基因治療都取得了極爲優異的治癒效果：Casgevy臨牀試驗中符合評估標準的30位患者，29位在18個月中未出現血管阻塞危象，治癒率高達96.7%[5]，而Lyfgenia臨牀試驗中31位患者跟蹤12-24個月，29位未出現血管阻塞危象，治癒率93.5%[6]。
這些基因治療在臨牀試驗階段已經對一些患者的生命產生了巨大改變。Casgevy的第一位受試者Victoria Gray在四年前成爲全球第一個接受CRISPR基因編輯治療的志願者。在接受治療前，她的生活經常被鐮狀細胞病帶來的劇痛打斷——需要不時到醫院接受輸血、使用強效阿片類藥物止痛等等，這使Victoria Gray和無數鐮狀細胞病患者一樣，根本無法正常生活、工作。而在接受了基因治療後，如今Victoria Gray已經有四年沒有發生一次“病發”，她還有了一份全職工作：沃爾瑪的收銀員。今年3月在倫敦舉行的第三屆國際人類基因組編輯峰會上，Victoria Gray還是特邀嘉賓，分享她的經歷[7]。而她的經歷也預示着基因治療蘊含的巨大潛力：衆多嚴重遺傳疾病的患者的希望或許就在這裡。
與同日兩個基因治療獲批一樣備受關注的，是兩個鐮狀細胞病基因治療的價格：Casgevy定價220萬美元，按照當下的匯率，摺合人民幣超過了1500萬，而Lyfgenia更是高達310萬美元。這些定價也反映了基因治療的未來仍然面臨着很多挑戰。
單價百萬美元以上幾乎是基因治療的標配：前文提到的Zolgensma在2019年上市時的定價爲210萬美元。Lyfgenia背後生產商在去年還有兩款同樣基於慢病毒載體的基因治療上市：針對地中海貧血症的Zynteglo和針對罕見神經系統疾病腎上腺腦白質營養不良（cerebral adrenoleukodystrophy）的Skysona，定價分別爲280萬與300萬美元。
高昂的定價不能簡單歸於企業唯利是圖，基因治療的成本確實極高。每一個患者的基因治療實際上都是針對這位患者專門訂做一份藥物，以鐮狀細胞病的基因治療爲例，治療過程包括從患者體內收集造血幹細胞，對這位患者的造血幹細胞做基因工程改造，再以骨髓移植的方式輸入改造好的細胞[8]。目前這類治療的生產成本遠超傳統藥物。
而鐮狀細胞病的絕大多數患者生活在非洲經濟落後地區，很難想象目前的基因治療能惠及大多數有需求的患者。這無疑會導致醫學倫理上的困境。
價格還只是當下基因治療普及的諸多困難之一，從某種程度上說甚至不是最大限制因素。無論是Casgevy還是Lyfgenia，患者接受治療的過程都極爲漫長，還充滿危險。完成造血幹細胞採集後，患者需要等待細胞完成基因工程改造，回輸改造完的造血幹細胞本身耗時很短，可是在回輸前患者需要用化療藥物清除體內的造血幹細胞，這樣才能讓回輸的造血幹細胞獲得必要的生存空間。清除體內造血幹細胞後，患者處於嚴重免疫抑制狀態，必須在醫院等待數週，直到體內白細胞恢復才能出院。
如此複雜又危險的治療過程使得能做治療的只有大型醫學中心，例如Casgevy目前全美只有50個治療中心，這又意味着很多患者由於地理因素限制不可能有機會用上這類治療。
其實由於治療的複雜程度，這些基因治療甚至未必是患者最好的選擇。前文提到鐮狀細胞病目前可以通過異體骨髓移植治癒，從兩個慢病毒載體基因治療Lyfgenia和Skysona的臨牀數據看，基因治療後的白細胞、血小板恢復慢於配型成功的異體骨髓移植[9]。
考慮到兩個鐮狀細胞病基因療法的種種侷限，適合的患者應該是病情嚴重，如發生多次血管阻塞危象，同時又無法使用傳統異體骨髓移植的人，而這一人羣，在美國估計不到2萬人，只是全美約10萬患者中的很小一部分，對於全球兩千萬鐮狀細胞病患者來說，更是極少數[1]。
同一個疾病在同一天有兩個基因療法獲得FDA批准，這無疑顯示了基因治療的飛速發展。可同時這並不意味着基因治療已經解決了各種科學挑戰。除卻上述提到的生存成本高、治療過程複雜等問題，真正要把基因治療推廣到更多疾病，還有很多科學難題需要解決。
前文提到鐮狀細胞病幾乎是基因治療的完美對象：僅僅改造造血幹細胞就能完成治癒。但絕大多數疾病並非如此，它們涉及的細胞不是能在體外改造的血細胞，採用基因治療必須要越過靶向這些疾病組織的挑戰。目前主流的基因治療載體是AAV病毒載體，雖然AAV種類不少，不同AAV可以靶向不同器官，可當下能有效靶向的基本侷限於肝臟、肌肉，再加上較爲特殊的眼部以及造血幹細胞。由於靶向器官的限制，基因治療離爲各種遺傳病訂製治療方案還相差甚遠。
更不可忽視的是安全性問題。近年來一些基因治療確實如兩個獲批的鐮狀細胞病療法一般，對過去醫學上的絕症有治癒性效果，可這不意味着基因治療不存在風險。在Lyfgenia的臨牀試驗裡有兩位患者出現了白血病，推測原因是化療清除造血幹細胞導致，可是同爲慢病毒載體的另一個基因治療Skysona在臨牀試驗裡確實出現了3例可能由慢病毒載體重組導致的白血病[9]。而Casgevy也面臨基因編輯脫靶的問題。
誠然，對於患有嚴重鐮狀細胞病的患者來說，這些基因治療雖然伴有風險，但受益風險平衡上顯然是受益遠遠佔據上風。可是要進一步推廣基因治療，特別是走向患者更多的大衆疾病，收益風險就不得不重新考量。
說到基因治療以及人類基因組編輯，我們無法不提2018年的賀建奎基因編輯嬰兒事件。考慮到包括基因編輯技術在內目前的技術侷限 ，類似對種系細胞（影響到生殖細胞，涉及人類基因庫的改變）的編輯在可預見的時間內仍然離實用非常遙遠。
即便不考慮種系基因編輯，基因治療安全性上的複雜性也不可小覷。2022年，一位杜氏肌營養不良患者在接受基於CRISPR的體內基因編輯治療後死亡，事後研究顯示這是使用的AAV載體在高劑量時導致的免疫反應造成[10]。
基因治療常用的病毒載體帶來不僅有此類直接的安全風險。在使用一個病毒載體的基因治療後，人體不可避免會產生針對該載體的免疫反應，讓該患者不能再使用同一載體的治療方法。在強調基因治療僅需一次治療的“便捷”優勢的同時，我們也應注意到基因治療不僅是隻需一次，還是隻能做一次。因此，評估某基因治療時不能只考慮成功後的好處，更要考慮如果不成功的後果。由於適合遞送基因治療的載體有限，一次失敗的基因治療還很可能意味着患者未來也無法接受有效的基因治療。
這也是爲什麼基因治療的療效持久性、長期安全性必須受到更嚴苛的審覈，例如兩個鐮狀細胞病的基因療法都會進行15年的臨牀試驗受試者跟蹤。
今年5月，關於備受矚目的AI技術，OpenAI CEO Sam Altman在接受美國國會質詢時表示如果這項技術出錯，可能會出大錯。從某種意義上說基因治療也有相似處，如果出現差池，患者要面臨的不僅是嚴重安全隱患，還會處於無法挽回的境地。因此，在看到基因治療里程碑式進展的同時，我們並不能放下謹慎的態度。
參考資料：
1.https://www.npr.org/sections/health-shots/2023/12/08/1217123089/fda-approves-first-gene-editing-treatments-for-human-illness
2.https://www.reuters.com/business/healthcare-pharmaceuticals/what-happens-when-2-million-gene-therapy-is-not-enough-2023-08-12/
3.https://www.biospace.com/article/fda-braces-for-looming-boom-in-cell-and-gene-therapy-submissions/
4.https://www.nhlbi.nih.gov/health/sickle-cell-disease
5.https://www.fda.gov/media/173473/download
6.https://www.pharmacytimes.com/view/fda-approves-casgevy-lyfgenia-for-the-treatment-of-sickle-cell-disease
7.https://www.npr.org/sections/health-shots/2023/03/16/1163104822/crispr-gene-editing-sickle-cell-success-cost-ethics
8.https://www.fda.gov/media/173472/download
9.https://www.fda.gov/media/159129/download
10.https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2307798