經(jīng)過多年來(lái)的技術(shù)積累，基因治療產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐步走向成熟，引領(lǐng)著生物醫(yī)藥的第三次產(chǎn)業(yè)革命。但在這一領(lǐng)域中，遞送策略一直是困擾行業(yè)發(fā)展的重要瓶頸之一。2020年，因在CRISPR領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的Jennifer Doudna也曾感嘆“遞送可能仍然是體細(xì)胞基因編輯的最大瓶頸”。

近日，Nature Biomedical Engineering和Nature Biotechnology接連發(fā)文，均指向一種介于病毒載體與非病毒載體之間的類病毒體（virus-like particle, VLP）遞送技術(shù)，在這兩篇研究報(bào)道中，都是遞送的CRISPR/Cas9 mRNA，分別在濕性年齡相關(guān)黃斑變性和皰疹性基質(zhì)性角膜炎小鼠模型中展現(xiàn)了治療潛力。

VLP-mRNA遞送技術(shù)是由上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院蔡宇伽教授團(tuán)隊(duì)和復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院洪佳旭主任團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)的全球首創(chuàng)的基因治療遞送載體技術(shù)。此前，該團(tuán)隊(duì)還基于這項(xiàng)核心VLP-mRNA遞送技術(shù)開發(fā)了針對(duì)此次新冠病毒的mRNA疫苗，并發(fā)表了當(dāng)時(shí)首個(gè)mRNA新冠候選疫苗的動(dòng)物數(shù)據(jù)。

VLP-mRNA具有解決體細(xì)胞基因治療（包括基因編輯等）的遞送技術(shù)瓶頸的強(qiáng)大潛力，由蔡宇伽教授作為聯(lián)合創(chuàng)始人的本導(dǎo)基因基于這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)創(chuàng)建了BDmRNA技術(shù)平臺(tái)，并針對(duì)各類適應(yīng)癥建立了廣泛的研發(fā)管線，包括基于VLP-mRNA的基因治療策略和疫苗等，旨在推進(jìn)這一技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化。去年6月，這家成立于2018年的新銳公司已經(jīng)完成了千萬(wàn)級(jí)pre-A輪融資。

BDmRNA技術(shù)平臺(tái)研發(fā)管線

mRNA技術(shù)：新冠疫情下冉冉升起的新型策略

整個(gè)基因治療產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展至今，已經(jīng)與最初的定義有所不同，逐步形成了多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域（例如，根據(jù)基因修飾層面不同可以分為基于DNA的基因治療和基于RNA的基因治療），并且涌現(xiàn)了多層次的代表產(chǎn)品。

其中，基于mRNA開發(fā)新的預(yù)防和治療方法在過去幾年中越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其極具吸引力的兩個(gè)應(yīng)用方向中，一個(gè)是用作癌癥和病毒感染疾病的mRNA疫苗，另一個(gè)是針對(duì)不可靶向基因病的治療；根據(jù)以上發(fā)表的兩項(xiàng)研究，其在

基因編輯基因治療領(lǐng)域也將大有作為；具體應(yīng)用領(lǐng)域主要包括傳染病疫苗、腫瘤免疫療法（癌癥疫苗）、治療性蛋白質(zhì)替代療法和遺傳疾病治療。

針對(duì)此次的新冠病毒，基于mRNA技術(shù)更是極具先發(fā)優(yōu)勢(shì)的開發(fā)出了疫苗候選產(chǎn)品，說(shuō)其是目前生物藥創(chuàng)新技術(shù)中最受關(guān)注的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域我想也不為過。

新冠或許造就了mRNA技術(shù)更廣泛的為人所知的契機(jī)，但事實(shí)上這一領(lǐng)域的前景，在更早的時(shí)候就已被資本所青睞，自2015年以來(lái)，三家具有代表性的mRNA治療公司——Moderna Therapeutics、BioNtech和CureVac——總共吸引了28億美元的私人投資，并屢次傳下生物技術(shù)行業(yè)的融資神話，目前，這三家公司都已經(jīng)在納斯達(dá)克上市。

▲私人RNA治療公司的融資（a）上市RNA治療公司的市值（b）

圖片來(lái)源：（Nature Reviews Drug Discovery）

理論上，mRNA具有合成“任意一種蛋白”的潛力，利用它可以將細(xì)胞中的蛋白質(zhì)制造引擎轉(zhuǎn)變?yōu)椤八幬锕S”，對(duì)治療各種疾病具有很大的希望。

對(duì)于mRNA疫苗和某些mRNA藥物，給藥相對(duì)簡(jiǎn)單。手臂刺傷后，肌肉細(xì)胞吸收mRNA并產(chǎn)生病毒蛋白。免疫系統(tǒng)將蛋白質(zhì)視為外來(lái)物質(zhì)，并產(chǎn)生抗體和T細(xì)胞，使機(jī)體抵抗未來(lái)的入侵，在包括SARS-CoV-2在內(nèi)的各類病毒傳染性疾病中都相關(guān)候選產(chǎn)品正在進(jìn)行臨床開發(fā)。

另外，基于mRNA的疫苗策略尤其在腫瘤免疫領(lǐng)域中獨(dú)具前景，這也是目前mRNA療法的一個(gè)主要探索方向。通過肌肉、皮下或腫瘤的局部注射提供的這些基于mRNA的療法，編碼腫瘤蛋白或免疫信號(hào)分子，幫助增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)對(duì)癌細(xì)胞的攻擊。值得一提的是，相比全球疫苗市場(chǎng)，全球癌癥疫苗市場(chǎng)規(guī)模似乎增長(zhǎng)更快，2019年為46億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到101億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為17.28%。

相對(duì)而言，那些替代有益蛋白質(zhì)治療慢性病的mRNA藥物比疫苗則更難進(jìn)入臨床。這些藥物面臨著將mRNA靶向特定組織并提供強(qiáng)大而持久的益處而又沒有過度副作用的挑戰(zhàn)。因此一直以來(lái)，這類療法的開發(fā)相對(duì)較少。

無(wú)論如何，新興的mRNA療法領(lǐng)域至今的成果是令人興奮的，大量積累的相關(guān)臨床前數(shù)據(jù)以及已經(jīng)開始的一些早期臨床數(shù)據(jù)都共同推動(dòng)了其此次在新冠疫情大環(huán)境中取得至關(guān)重要的勝利，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，基于mRNA的各類治療策略將逐步實(shí)現(xiàn)治療和預(yù)防人類疾病的設(shè)想。

遞送仍是主要挑戰(zhàn)

目前在基因治療領(lǐng)域，遞送系統(tǒng)的挑戰(zhàn)已經(jīng)是一個(gè)老生常談的問題，這類藥物最終在臨床發(fā)揮藥效的絕大部分取決于一個(gè)高效的遞送系統(tǒng)，mRNA療法也是如此。

雖然裸mRNA的有效性在包括肌肉注射、皮下注射或皮內(nèi)注射中已經(jīng)得到證實(shí)，并且可以避免其他與系統(tǒng)性施用mRNA相關(guān)的障礙（例如，通過肝臟、腎臟和脾臟從血流中清除）；但是，表皮最外層的角質(zhì)層對(duì)局部給藥的吸收形成了嚴(yán)密的屏障，mRNA在不存在遞送系統(tǒng)的情況下，在細(xì)胞膜上的滲透非常低。

盡管微穿孔、微針、電穿孔、超生滲透等策略都被開發(fā)用于克服該障礙，但是mRNA的半衰期約為7小時(shí)，極易被降解。其固有的不穩(wěn)定性以及對(duì)酶促降解的高度敏感性，加之mRNA的超大尺寸和高負(fù)電荷等相關(guān)多種障礙，使得其遞送策略的開發(fā)壁壘進(jìn)一步拔高，嚴(yán)重阻礙了這一策略的臨床轉(zhuǎn)化。

因此，進(jìn)一步改進(jìn)mRNA的遞送系統(tǒng)一直是該領(lǐng)域的重要瓶頸，目前，科學(xué)界在主要的病毒載體和非病毒載體兩個(gè)大方向上都有諸多嘗試，而介于病毒載體與非病毒載體之間的類病毒體（VLP）遞送策略無(wú)疑對(duì)目前的遞送現(xiàn)狀增添了更為新鮮的血液。

病毒載體中，慢病毒載體可以高效感染幾乎所有細(xì)胞，AAV載體的遞送效率也非常高，目前已經(jīng)被應(yīng)用于臨床上的體內(nèi)外基因治療，是一個(gè)相對(duì)成熟的遞送技術(shù)。但是病毒載體具有與基因組整合相關(guān)的關(guān)鍵缺陷，以及可能的宿主排斥（免疫原性和細(xì)胞毒性）。此外， AAV用來(lái)遞送CRISPR等基因編輯工具時(shí)可能會(huì)面臨編輯工具長(zhǎng)時(shí)間甚至終身表達(dá)的安全性問題，同時(shí)還可能造成潛在的脫靶以及免疫反應(yīng)。因此，在mRNA遞送領(lǐng)域，對(duì)非病毒載體的需求也被激發(fā)。

基于脂類或類脂化合（lipidoids）的載體代表了目前最常用的非病毒載體。各種合成的和天然衍生的脂質(zhì)已經(jīng)被用來(lái)形成脂質(zhì)體或脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)，兩者都被報(bào)道可以有效地遞送基于mRNA的疫苗，其中LNP是目前核酸藥物領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的一種遞送類型，由于其比較容易被抗原呈遞細(xì)胞吸收，因此最常被用于疫苗，目前三大mRNA疫苗巨頭企業(yè)，Moderna、CureVac和BioNTech均采用了LNP遞送技術(shù)。但是，LNP在體內(nèi)基因治療應(yīng)用方面，其遞送效率不高。

盡管這些遞送載體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基因治療和mRNA疫苗的基礎(chǔ)研究和臨床研究，但在CRISPR等基因編輯技術(shù)這一特定細(xì)分領(lǐng)域，其臨床應(yīng)用有著安全性和有效性的雙重標(biāo)準(zhǔn)，病毒載體的安全性問題和LNP等非病毒載體的效率上的挑戰(zhàn)使得遞送系統(tǒng)的需要進(jìn)一步開發(fā)和探索。

VLP遞送系統(tǒng)利用mRNA莖環(huán)結(jié)構(gòu)與噬菌體衣殼蛋白特異識(shí)別的原理，通過病毒工程技術(shù)，將病毒和mRNA兩者的優(yōu)點(diǎn)完美的結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造了新型遞送技術(shù)VLP-mRNA，其一方面借助了病毒的外殼，使得其感染細(xì)胞的效率特別高，另一方面，則基于mRNA的自身瞬時(shí)性的特點(diǎn)，能讓基因編輯治療更加安全可控，其在遞送CRISPR/Cas9的研究中表明，與長(zhǎng)時(shí)間表達(dá)Cas9的病毒系統(tǒng)相比，通過VLP-mRNA遞送Cas9 mRNA, Cas9的存在時(shí)間只有72小時(shí)，同時(shí)，其可以顯著降低、甚至完全避免脫靶效應(yīng)。

此外，在基因載荷方面，AAV 載體只能遞送4.7個(gè)kb大小的基因，而經(jīng)典的 CRISPR/Cas9編輯系統(tǒng)則較大，通常無(wú)法通過一個(gè)病毒載體來(lái)遞送整套的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，而需要兩個(gè)病毒載體分開提遞送。VLP-mRNA則可以遞送整個(gè)CRISPR元件（Cas9與gRNA）,克服了AAV載體運(yùn)載能力小的限制。同時(shí)，隨著基因編輯技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更大的堿基編輯工具也已逐步挺進(jìn)基因編輯研發(fā)領(lǐng)域，VLP-mRNA則有望成為其有利的遞送工具。

結(jié)語(yǔ)

一類新型策略的出現(xiàn)并不是對(duì)以前傳統(tǒng)方法的否決，更多的是互相填補(bǔ)在整個(gè)潛在應(yīng)用領(lǐng)域的空白。相信隨著越來(lái)越多的技術(shù)瓶頸被突破，mRNA疫苗和基于mRNA的其他治療策略，以及整個(gè)基因治療領(lǐng)域的潛力都將被進(jìn)一步釋放，最終造福廣大患者。

參考出處：

1.Nature Reviews Drug Discovery

2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7076378/#B81-pharmaceutics-12-00102

3.https://www.sciencemag.org/news/2020/12/messenger-rna-gave-us-covid-19-vaccine-will-it-treat-diseases-too

4.Nature Biomedical Engineering

5.Nature Biotechnology

6.WHO官網(wǎng)