細胞基因治療產(chǎn)品開發(fā)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(zhuǎn)化相關研究與課題的實際經(jīng)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(zhuǎn)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(yī)學奇跡

在現(xiàn)代醫(yī)學探索中，每一次突破都代表著為無數(shù)患者帶來新生的可能性。CAR-T細胞療法的出現(xiàn)，無疑是醫(yī)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(xiàn)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(tǒng)的一部分，負責識別并攻擊異物，包括癌細胞。2）CAR的構(gòu)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(gòu)建了一種被稱為嵌合抗原受體（CAR）的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)能夠識別并結(jié)合到特定的癌細胞表面抗原。3）CAR的導入：經(jīng)過基因工程改造的CAR-T細胞被重新注入患者的體內(nèi)。這樣，患者的體內(nèi)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(nèi)，它們開始通過CAR與癌細胞表面的特定抗原結(jié)合。這個結(jié)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(tǒng)，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(fā)，患者的免疫系統(tǒng)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(fā)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(zhì)量”。制藥公司、監(jiān)管機構(gòu)和醫(yī)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(xiàn)！

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?。ˋLL），情況危急?；纪砥诎籽≡谒袀鹘y(tǒng)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(jīng)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?qū)氚屑毎?，置換或校正缺陷和異?；虻谋磉_，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(zhì)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(diào)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(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)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(jié)合，因此不依賴MHC的呈遞過程。這是CAR-T療法的一項優(yōu)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(fā)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(chuàng)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(tǒng)；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(yǎng)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(fā)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(chǎn)品獲批上市，中國有6款，基因治療迎來快速發(fā)展階段。

創(chuàng)新藥的研發(fā)

創(chuàng)新藥物研發(fā)通常可分為三個主要階段：基礎研究、轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)。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(zhuǎn)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(yè)界標準進行驗證，以確定相關發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)化醫(yī)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(fā)現(xiàn)開發(fā)干預手段。

缺失轉(zhuǎn)化研究： 根不固而求木之長

缺乏轉(zhuǎn)化研究的創(chuàng)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(zhuǎn)化研究來解決。

不過，一些轉(zhuǎn)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(chuàng)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(jù)分散且不充分，或者孤證不立；藥效實驗結(jié)果模糊不清，難以重復驗證；重要實驗數(shù)據(jù)的可信度不足，得不到同行、客戶和監(jiān)管機構(gòu)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(xiàn)異常數(shù)據(jù)無法解釋，不知如何干預或改進。

CAR-T的轉(zhuǎn)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(tǒng)疾病，其中ALL是最常見的亞型之一。ALL通常表現(xiàn)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(jié)合CD19抗原，一旦CAR結(jié)構(gòu)與CD19結(jié)合，CAR-T細胞激活并釋放細胞毒性物質(zhì)，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(shù)據(jù)，再到可重復的、可信度高的臨床數(shù)據(jù)，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(chǎn)品開發(fā)及臨床推進

一個創(chuàng)新藥物從發(fā)現(xiàn)到最終上市，其中要經(jīng)歷從候選藥物發(fā)現(xiàn)、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(fā)公司仍需對產(chǎn)品進行IV期臨床研究和上市后監(jiān)測等過程，其中的每一步都有可能會導致藥物研發(fā)失敗。

同時，藥物研究和開發(fā)的過程是一個多學科、跨專業(yè)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(chǎn)品開發(fā)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(fā)（工藝開發(fā)與分析方法開發(fā)）、臨床階段（臨床藥理等）、藥品生產(chǎn)（生產(chǎn)和質(zhì)量管理）、藥品注冊，以及最后的市場和商業(yè)化。這個過程中，還會有商務拓展團隊、戰(zhàn)略分析團隊等對市場分析和商業(yè)戰(zhàn)略進行分析，不斷尋找新的外部合作資源，溝通技術轉(zhuǎn)讓和知識產(chǎn)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(fā)展提前做好部署，并在競爭激烈的制藥行業(yè)中保持競爭優(yōu)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(jiān)管政策法規(guī)相對滯后，對于研究開發(fā)的多個環(huán)節(jié)設計的具體內(nèi)容沒有詳細要求與規(guī)定，約束性不強。2003年，國家藥監(jiān)局發(fā)布“人類基因治療研究和劑型質(zhì)量控制技術指導原則”，逐步開始加強基因藥物的監(jiān)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(guī)制定。近年來，《基因治療產(chǎn)品長期隨訪臨床研究技術指導原則（試行）》《基因治療產(chǎn)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(chǎn)品非臨床研究技術指導原則（試行）》 《體內(nèi)基因治療產(chǎn)品藥學研究與評價技術指導原則（試行）》等文件相繼發(fā)布，我國基因藥物監(jiān)管體系得到持續(xù)優(yōu)化。相信隨著監(jiān)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(fā)展里程碑。