《2023基因编辑原理、治疗路径及全球研发进展报告.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023基因编辑原理、治疗路径及全球研发进展报告.pdf（55页珍藏版）》请在本站上搜索。 1、2023 年深度行业分析研究报告 2 目录目录 前言前言.6 基因编辑带来希望.6 科学原理：认识科学原理：认识 DNADNA 缺陷伴随一生且可能影响后代缺陷伴随一生且可能影响后代.7 什么是 DNA？.7 DNA 如何影响我们？.7 DNA 与基因疾病和遗传性疾病.8 工程原理：基因编辑工程原理：基因编辑精准定位、永久修正精准定位、永久修正.9 精确定位是基因编辑的核心.9 基因编辑 VS.基因治疗：基因编辑具有永久有效的潜力.9 基因编辑带领生物药物进入新阶段.10 基因编辑工具：基因编辑工具：CRISPR 推动革新基因编辑推动革新基因编辑.11 TALEN.11 CRISPR.13 基因2、编辑治疗路径：体内基因编辑治疗路径：体内 VS.体外体外.16 体内基因编辑体内基因编辑 基因敲除基因敲除.17 结构与机理.17 永久纠正致病基因.18 精确靶向致病源头.18 LNP 递送已得到验证.18 安全风险仍是重中之重，风险获益比是适应症选择的关键.20 体内基因编辑体内基因编辑 基因敲入基因敲入.21 设计和技术原理.21 DNA 修复机制不确定性较高.24 AAV 设计复杂，运载能力有限。.26 人体免疫屏障可能降低 AAV 递送效率.26 体内基因编辑体内基因编辑.27 体外基因编辑体外基因编辑.28 体外基因编辑助力细胞治疗.28 多种人体免疫机制限制细胞治疗.28 基因编3、辑改造细胞，尽量避免不需要的免疫机制.29 基因编辑改造细胞，加强对肿瘤细胞的杀伤力.30 3 寻找合适的策略和编辑位点，考验研发机构对细胞机制的理解水平.31 体外基因编辑特点.32 全球研发进展全球研发进展.33 案例 1：NTLA-2001 体内基因编辑-基因敲除.33 案例 2：NTLA-2002 体内基因编辑-基因敲除.40 案例 3：NTLA-3001 体内基因编辑-基因敲入.44 案例 4：EXA-CEL（CTX-001）体外基因编辑.46 研发管线特点.53 4 图表目录图表目录 图表图表 1：4 种核苷酸结构及碱基配对种核苷酸结构及碱基配对.7 图表图表 2：中心法则：中心法4、则：DNA-mRNA-蛋白转化过程蛋白转化过程.8 图表图表 3：基因治疗基因治疗 vs.基因编辑治疗基因编辑治疗.10 图表图表 4：药物迭代史：药物迭代史.10 图表图表 5：TAL Effector 结构结构.11 图表图表 6：TAL Effector 中一个中一个 repeat 单位的蛋白三维结构示意图单位的蛋白三维结构示意图.11 图表图表 7：TAL Effector 与与 DNA 结合后的三维结构示意图结合后的三维结构示意图.12 图表图表 8：TAL Effector+FokI 二倍体二倍体.12 图表图表 9：CRISPR 对抗病毒入侵机制对抗病毒入侵机制.13 图表图表 5、10：CRISPR 结构结构.14 图表图表 11：CRISPR-Cas 系统可选择不同的切割酶系统可选择不同的切割酶.14 图表图表 12：基因编辑治疗的：基因编辑治疗的 2 条路径条路径.16 图表图表 13：基因编辑治疗的：基因编辑治疗的 2 条主要路径条主要路径.17 图表图表 14：体内基因编辑治疗原理：体内基因编辑治疗原理.18 图表图表 15：LNP 结构结构.19 图表图表 16：LNP 结构及释放结构及释放.20 图表图表 17：体内基因编辑：体内基因编辑-敲入治疗实现路径敲入治疗实现路径.21 图表图表 18：AAV 基因递送原理基因递送原理.22 图表图表 19：DNA 6、双链断裂（双链断裂（DSB）后的）后的 2 种修复方式：种修复方式：HDR 和和 NHEJ.23 图表图表 20：HDR 和和 NHEJ 被用作修复方式的比例受多种因素影响被用作修复方式的比例受多种因素影响.25 图表图表 21：AAV 递送可能会受到多种人体免疫机制的抵抗递送可能会受到多种人体免疫机制的抵抗.26 图表图表 22：细胞治疗受到多种细胞免疫排异机制的抵抗：细胞治疗受到多种细胞免疫排异机制的抵抗.28 图表图表 23：Intellia 降低排异反应的策略降低排异反应的策略.29 图表图表 24：CRISPR Therapeutics 降低排异反应的策略降低排异反应的策略.29 图7、表图表 25：CRISPR Therapeutics 第二代第二代 CAR-T 设计设计.30 图表图表 26：CRISPR Therapeutics 第二代第二代 CAR-T 设计原理设计原理.30 图表图表 27：CRISPR Therapeutics CAR-T 产品产品 CTX130 药代动力学特征药代动力学特征.31 图表图表 28：NK 细胞未在病灶聚集，说明细胞未在病灶聚集，说明 NK 细胞对细胞对 CAR-T 细胞干扰有限细胞干扰有限.31 图表图表 29：对不同位点和组合进行改造，探究肿瘤抑制的最佳策略：对不同位点和组合进行改造，探究肿瘤抑制的最佳策略.32 图表图表 30：8、转甲状腺素水平与：转甲状腺素水平与 mNIS+7 神经损伤评分关系神经损伤评分关系.33 图表图表 31：现有用于治疗：现有用于治疗 ATTR 的相关药物的相关药物.34 图表图表 32：NTLA-2001 临床临床 I 期研究设计期研究设计.35 图表图表 33：NTLA-2001 临床临床 I 期针对多发性神经疾病（期针对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的设计）的设计.35 图表图表 34：NTLA-2001 临床临床 I 期针对心肌疾病（期针对心肌疾病（ATTR-CM）的设计）的设计.36 图表图表 35：NTLA-2001 临床临床 I 期针对遗传性期针对遗传性 ATTR 引起的多发9、性神经疾病引起的多发性神经疾病（ATTRv-PN）的安全性）的安全性.36 5 图表图表 36：NTLA-2001 临床临床 I 期针对期针对 ATTR 引起的心肌疾病（引起的心肌疾病（ATTRv-CM）的安）的安全性全性.37 图表图表 37：siRNA 药物药物 Patisiran 临床临床 III 期安全性数据期安全性数据.38 图表图表 38：ATTRv-PN 临床临床 I 期期 NTLA-2001 降低血清降低血清 TTR 的有效性数据的有效性数据.39 图表图表 39：ATTR-CM 临床临床 I 期期 NTLA-2001 降低血清降低血清 TTR 的有效性数据的有效性数据.39 10、图表图表 40：Patisiran 针对针对 ATTR 引起的心肌疾病临床引起的心肌疾病临床 III 期血清期血清 TTR 降低幅度有降低幅度有效性数据效性数据.40 图表图表 41：HAE 疾病病理疾病病理.41 图表图表 42：NTLA-2002 治治疗疗 HAE 机制机制.41 图表图表 43：NTLA-2002 临床临床 I/II 期研究设计期研究设计.42 图表图表 44：NTLA-2002 显著降低血浆显著降低血浆 Kallikrein 水平水平.43 图表图表 45：NTLA-2002 带来临床获益：降低带来临床获益：降低 HAE 发病频率发病频率.43 图表图表 46：NTLA11、-2002 带来临床获益：部分患者已可以不再接受传统的预防治疗带来临床获益：部分患者已可以不再接受传统的预防治疗 44 图表图表 47：敲入基因可在非灵长类动物模型中成功表达：敲入基因可在非灵长类动物模型中成功表达.45 图表图表 48：敲入基因是否在啮齿类动物模型中持续表达设计思路：敲入基因是否在啮齿类动物模型中持续表达设计思路.45 图表图表 49：通过基因编辑敲入基因在肝部分切除后仍旧保持一定表达水平：通过基因编辑敲入基因在肝部分切除后仍旧保持一定表达水平.46 图表图表 50：地中海贫血患者红细胞发生形变：地中海贫血患者红细胞发生形变.46 图表图表 51：镰状细：镰状细胞症患者红细胞12、发生形变呈镰刀状胞症患者红细胞发生形变呈镰刀状.47 图表图表 52：Exa-cel 作用于作用于 BCL11A 治疗治疗 TDT/SCD.47 图表图表 53：Exa-cel 治疗流程治疗流程.48 图表图表 54：Exa-cel 临床研究临床研究.48 图表图表 55：Exa-cel 降低降低 TDT 患者输注需求患者输注需求.49 图表图表 56：Exa-cel 降低降低 SCD 患者输注需求患者输注需求.50 图表图表 57：Exa-cel 可提高患者可提高患者 HbF 水平水平.51 图表图表 58：Exa-cel 可提高患者含可提高患者含 HbF 细胞的水平细胞的水平.52 图表图13、表 59：Exa-cel 带来的基因编辑在骨髓与外周血中持续表达带来的基因编辑在骨髓与外周血中持续表达.52 图表图表 60.Exa-cel 安全性数据安全性数据.53 图表图表 61：Intellia Therapeutics 研发管线研发管线.54 图表图表 62：CRISPR Therapeutics 研发管线研发管线.54 图表图表 63：Editas Medicine 研发管线研发管线.55 图表图表 64：Beam Therapeutics 研发管线研发管线.55 6 前言前言 基因编辑带来希望基因编辑带来希望 基因是决定生物表征的重要因素。一般将基因宽泛理解为存储生物遗传信息的载14、体。基因的存在使生物能够保留优势表征，是高级生物出现的基础。但是基因的遗传也伴随着大量的不确定性，不确定性来自于生物活动的随机性，不确定性带来了进化的可能性，同时也带来了疾病风险。对于大部分有性繁殖生物来说，基因一半来自父亲一半来自母亲，因此后代可能因为基因的纯合或杂合导致父辈中未曾出现过的疾病。在人类以往的历史中，基因疾病往往难以治愈。由于基因深藏于人类身体最深处，难以从源头解决问题，通常需要长期服药以控制疾病进展，疾病负担较重。同时，许多基因疾病属于罕见病，治疗方案十分有限，导致较高的药物价格和较低的可及性，属于未被满足的医疗需求。随着基因编辑工具的不断进步，基因编辑疗法也进入了发展的快车15、道。TALEN、ZFN，以及几乎革新了整个基因编辑领域的 CRISPR-Cas 系统使基因编辑疗法变得触手可及。2020 年，来自加州大学伯克利分校的 Jennifer Doudna 教授和普朗克研究所的 Emmanuelle Charpentier 因在 CRISPR 领域的突出贡献获得了诺贝尔化学奖。与此同时，J.Doudna 教授作为共同创始人成立的 Intellia Therapeutics，E.Charpentier 作为共同创始人成立的 CRISPR Therapeutics 已成长为基因编辑治疗领域的领军者，两家公司均已有管线进入临床阶段，有望在不久的未来，为困扰人类已久的基因疾16、病治疗带来曙光。同时，基于基因编辑技术，方兴未艾的细胞治疗也有望迎来跨越式的发展。7 科学原理：科学原理：认识认识 DNADNA 缺陷伴随一生且可能影响后代缺陷伴随一生且可能影响后代 什么是什么是 DNA？了解基因疾病、遗传疾病前，首先需要了解致病机理发生的物质DNA。脱氧核糖核酸（DNA）是人类存储遗传信息的物质。DNA通常由 2 条 DNA链形成互相缠绕的双螺旋结构。DNA 的基本组成单位是 4 种核苷酸：腺嘌呤（Adenine，A）、胸腺嘧啶（Thymine，T）、胞嘧啶（Cytosine，C）、鸟嘌呤（Guanine，G）。每个核苷酸由 3 部分组成：磷酸基、五碳糖、碱基。4 种核苷酸17、的碱基不同。单个 DNA 链之间的核苷酸由五碳糖和磷酸基之间的共价键相连，2个链条间则由碱基之间的氢键相互吸引，形成双螺旋结构。2 个碱基通过氢键相连的现象被称为碱基配对。碱基配对（base pairing）中 A与 T 配对，C 与 G 配对。图图表表 1：4 种核苷酸结构及碱基配对种核苷酸结构及碱基配对 资料来源：NIH National Human Genome Research Institute，中银证券 DNA 如何影响我们？如何影响我们？DNA 通过蛋白控制影响着身体的活动和表征。DNA 转化为蛋白质的过程分为两大步，第一步：DNA 转化为 mRNA，这一步骤称为转录（trans18、cription），发生在细胞核内；第二步：mRNA 转化为蛋白质，这一步骤称为转译（translation），发生在细胞质中。mRNA 是 DNA 转化为蛋白质的中间体，这也是它名称的由来，即信使 RNA（messenger RNA）。通俗来讲，DNA 类似于底稿，DNA 发生的改变会一直存在于体内，由此细胞分裂新产生的细胞也会继承这些改变，因此 DNA 的改变有很大概率会伴随一生，其中性细胞中 DNA 的变化甚至能够遗传至下一代。同时部分 DNA片段会影响 mRNA 产生的速率与表达量。mRNA 类似于说明书，能够指导自身细胞生产出特定的蛋白。蛋白则是最终生产得到的工具，对生物个体的各项指19、标直接产生作用。mRNA 或蛋白的变化不会被继承或遗传。这一条转录转译链被称为生物学“中心法则”（The Central Dogma）。8 图表图表 2：中心法则：中心法则：DNA-mRNA-蛋白转化过程蛋白转化过程 资料来源：T.Winslow,“Transcription and Translation”,National Cancer Institute(2017)，中银证券 DNA 与基因疾病和遗传性疾病与基因疾病和遗传性疾病 根据美国国家癌症研究院的定义，遗传性疾病（hereditary syndrome）通常指部分或完全由具有遗传性的基因或染色体异常导致的疾病。根据美国国家人类基因20、研究院的定义，基因疾病（genetic disorder）指完全或部分由于 DNA 序列异常导致的疾病。遗传性疾病和基因疾病虽然不完全相同，但包含了很多重叠的病症。DNA 作为人类遗传物质的存储载体，深藏在细胞核中。一方面受到细胞结构和人体免疫机制的层层保护，不易发生改变；但另一方面，在出现基因异常时，现有的医学技术也难以提供有效的治疗方案。同时，DNA 异常通常会伴随患者一生，且有很大几率遗传至后代。因此，患者疾病负担大，且缺乏有效的治疗手段。除此之外，许多罕见病是由基因缺陷造成的。大部分具有缺陷的基因，会导致基因的携带者难以生存。由于基因是遗传信息载体，因此在长时间的自然选择中，这类基因难21、以被继承，所以许多基因疾病/遗传疾病都属于未被满足的医疗需求。9 工程原理：基因编辑工程原理：基因编辑精准定位、永久修正精准定位、永久修正 精确定位是基因编辑的核心精确定位是基因编辑的核心 基因编辑工具使人类拥有了定向改变 DNA 或 RNA 的能力。通过插入、删除、替代特定位点的核苷酸，我们能够改变基因表达，进而长久地影响蛋白序列或结构。援引发表在 Yale Journal of Biology and Medicine 上的文章“Genome Editing:Past,Present,and Future”的内容，历史上，人类不断探索能够改变基因的方式。在 20 世纪时，人类曾通过化学疗法22、、放射疗法改变肿瘤细胞的 DNA，扰乱肿瘤细胞的生命活动，以此消灭肿瘤。但这 2 种方法造成的基因变化是随机的，且难以精准定位。随着科学技术的发展，科学家们发明了 3 种重要的基因编辑工具：锌指（ZFN）、TALEN、CRISPR。现代基因编辑工具的出现不仅大大加速了科学研究，同时也给许多基因疾病的治疗带来的可能性。精准定位是基因编辑的重要能力，是实现定向编辑的第一步。靶向特定目标序列，而不是在 DNA任意位置随意更改，使基因编辑成为可控的工具，并且规避不受控的基因突变带来的风险。不受控制的基因突变或不够精准的基因修改，常常会带来无法预测的肿瘤、免疫疾病等恶性病症。在精确定位的基础上，一个好的23、基因编辑工具还应该能够识别并定位到任意的设定序列。这样基因编辑才能够广泛应用于不同的基因疾病。许多基因疾病是由 DNA 的错误表达或过度表达引起的。通过基因敲除或抑制，便能达到较好的治疗效果。因此，仅仅依靠基因编辑工具进行定位，同时引入可控的酶在这一位点进行切割，便能大大缓解乃至治愈这类疾病。目前，大部分体内基因编辑疗法便是利用这一机理，对致病基因进行定向敲除，达到治疗目的。随着生物技术的发展，科学家们已经开始了基因敲入的研发。相较于基因敲除，基因敲入更为复杂，往往需要基因编辑工具以及基因插入技术（例如病毒载体插入技术）共同完成，因此目前的进展落后于基因敲除疗法。但基因敲入带来了更多治愈疾病的24、可能性，尤其对于部分由基因过少或缺失表达引起的疾病。基因编辑基因编辑 vs.基因治疗：基因编辑具有永久有效的潜力基因治疗：基因编辑具有永久有效的潜力 虽然名称相似，但基因编辑（gene editing）与基因治疗（gene therapy）有着本质的不同。基因编辑，通过对基因进行改造，纠正错误的基因。由于这一改变发生在原本的基因组中，因此，就算细胞发生了分裂，这一改变也会被继承。因此，基因编辑通常被认为具有永久纠正致病基因的潜力。更进一步，若这一改变发生在性细胞中，则这一改变将可能被后代继承。基因治疗，则是通过递送额外的基因进入细胞，使得细胞能够额外表达上述基因，但并不改变此前已经存在的基因。25、新的基因也不会被整合进入原本的基因组中，因此，在细胞发生分裂后，这一改变也不会被继承。理论上来讲，相较于基因编辑，基因治疗的持久性稍差。10 图表图表 3：基因治疗：基因治疗 vs.基因编辑治疗基因编辑治疗 资料来源：Genetic Engineering&Biotechnology News，中银证券 基因编辑带领生物药物进入新阶段基因编辑带领生物药物进入新阶段 人类对生物医药的探索不断，所掌握的药物种类不断丰富。从小分子化学药到生物药、核酸干扰药物（RNAi）、基因治疗、基因编辑治疗。随着药物种类的丰富，治疗能够触达的靶点也更为广阔：小分子化学药和生物药（单抗、双抗等）作用于蛋白质，RNA26、i 作用于 RNA，基因治疗和基因编辑则作用于 DNA。图表图表 4：药物迭代史：药物迭代史 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 11 基因编辑工具：基因编辑工具：CRISPR 推动革新基因编辑推动革新基因编辑 TALEN TALEN，Transcription Activation-Like Effector Nucleases，是一种限制性酶。通过工程化改造后，具有切割 DNA链特定位点的能力。TALEN 主要分为 2个功能域：DNA结合域（DNA binding domain）和 DNA切割域（DNA cleavage domain）。DNA 结合域负责识别位27、点，引导切割酶至正确的编辑位点。DNA 结合域的核心部分由相连的数个重复的氨基酸序列片段组（tandem amino acid repeats）组成，每个氨基酸片段组由 33-34 个单位的氨基酸构成，每个片段组对应 DNA 链上的 1 个碱基。每个氨基酸片段组的序列基本相同，除了第12-13 个氨基酸不同，这两个位点被称为 repeat-variable diresidue（RVD）。正因为这 2 个位置的氨基酸可变，因此通过控制这两个位置的氨基酸，基因编辑工具可以靶向 DNA 的 4 种不同碱基。每个片段组对应 1 个 DNA碱基，数个前后衔接的片段组便可以靶向特定的 DNA序列。图表图表28、 5：TAL Effector 结构结构 资料来源：Science，中银证券 图表图表 6：TAL Effector 中一个中一个 repeat 单位的蛋白三维结构示意图单位的蛋白三维结构示意图 资料来源：Nature，中银证券 注：一个TAL Effector包含多个repeats，图中结构为1个repeat的蛋白结构示意图。这些repeats几乎相同，除第12、13位点（以红色标示）不甚相同。这两个位点被称为RVD，不同的RVD与DNA不同的碱基亲和。RVD是TALEN可以工程化识别不同DNA序列的核心。12 图表图表 7：TAL Effector 与与 DNA 结合后的三维结构示意图结合29、后的三维结构示意图 资料来源：Science，中银证券 注：1个TAL Effector中包含数个repeats，每个repeat（以不同颜色区分）对应DNA链（中心的灰色双螺旋结构）上的1个单位碱基。左图为垂直于DNA链视角的正视图，右图为沿DNA链延伸方向的视角图。DNA 切割域在 DNA 结合域的帮助下，来到选定的位点进行切割。FokI 内切酶是常见的切割工具。FokI 需要形成二倍体（dimer）来进行切割，因此 TALEN 通常由 2 条分别靶向 DNA 正链和反链的TALEN 组成。TALEN 将会切割 2个靶向序列之间的位置。图表图表 8：TAL Effector+FokI 二倍30、体二倍体 资料来源：Acta Naturae，NIH，中银证券 优势优势 相较于 ZFN，TALEN 靶向性更强，毒性较小（可能由于更准确的亲和导致）。相较于 ZFN，TALEN 不需要选择或定向进化，节省构造时间和成本。相较于 CRISPR，TALEN 不需要 PAM 序列，理论上可选择的靶点更多。（但由于基因组中通常有多个潜在有效靶点，因此这一优势并不突出）13 劣势劣势 TALEN 结构较大，对递送提出了较高的要求。常见的病毒载体慢病毒（lentivirus）和腺相关病毒（AAV）难以运送这么大分子量的“货物”。目前科学家尝试以 mRNA的方式递送 TALEN。相较于 CRISPR，TA31、LEN 的制造流程相对复杂，成本较高。相较于 CRISPR，TALEN 的结构设计更为复杂。CRISPR 仅需重新构建 gRNA 序列即可，而TALEN 需要考虑 DNA结合等因素。CRISPR CRISPR，Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat，来源于细菌和其他微生物。CRISPR 是细菌对抗病毒入侵的重要免疫机制，通过识别病毒基因序列，CRISPR 可以引导细菌内的生物机制对病毒基因序列进行摧毁和消灭，使病毒无法在细菌体内复制繁殖。CRISPR 是细菌基因组内的一片由短小 DNA 重复片段（回文）和 spacer 32、组成的区域。当某一种类病毒首次入侵时，病毒的部分基因片段会被整合存储在 spacer 中。经过转录（transcription）和各类蛋白的处理，带有病毒基因序列的 CRISPR RNA（crRNA）形成，并引导分子切割机制对病毒基因进行切割。由于序列直接由病毒基因复制得到，因此 crRNA与病毒基因的识别匹配程度非常高。图表图表 9：CRISPR 对抗病毒入侵机制对抗病毒入侵机制 资料来源：SITN HMS Harvard University，中银证券 14 图表图表 10：CRISPR 结构结构 资料来源：New England Biolabs，中银证券 CRISPR 机制赋予了一个可靠33、的定位机制。在此基础上，一个完整的基因编辑工具还需要切割机制来对 DNA 链进行切割。自然界中，细菌的 CRISPR 免疫系统中包含的 Cas 家族基因（CRISPR-associated gene）便可以完成这一工作。Cas 家族中包含多个不同的基因，拥有不同的功能或切割方式。图表图表 11：CRISPR-Cas 系统可选择不同的切割酶系统可选择不同的切割酶 资料来源：New England Biolabs，中银证券 15 gRNA 负责是 CRISPR 基因编辑的定位器。gRNA 由 crRNA 和 tracrRNA 组成。crRNA 携带有目标序列的 RNA。crRNA 和 tracrR34、NA 形成互补结构，科学家进一步研究发现，将 crRNA 和 tracrRNA相连，并不影响整体机制的运作和活性。形成的单链 gRNA（sgRNA）更为便捷。Cas 蛋白是负责切割 DNA 链的剪刀。Cas 蛋白中，HNH 域负责切割靶序列，RuvC 域负责切割靶序列的互补链。切割位点与 PAM 序列相关。此前 CRISPR 无法在哺乳动物细胞中发挥作用，原因是 CRISPR-Cas 系统无法穿过核膜进入细胞核。张锋团队在 Cas 蛋白序列上添加了 NLS（Nuclear localization sequence），NLS 与入核载体相互作用，将 Cas 运载进入细胞核。优势优势 易于操作，35、简单便捷。设计空间大，基本可以靶向任何靶点序列。成本较低。gRNA和 Cas 可以拆分递送。劣势劣势 CRISPR 的 gRNA长度有限制，可能导致脱靶事件出现。16 基因编辑治疗路径：体内基因编辑治疗路径：体内 VS.体外体外 基因编辑治疗根据基因编辑发生的场景主要分为 2 条路径：体内（in vivo）和体外（ex vivo）。图表图表 12：基因编辑治疗的：基因编辑治疗的 2条路径条路径 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 体内基因编辑指将基因编辑工具递送进入患者体内，基因编辑发生在人体内。而顾名思义，体外基因编辑治疗中，基因编辑发生在体外（例如实验室等），通常需36、要提取患者细胞，在实验室中对患者细胞进行基因编辑，再将经工程化改造后的细胞回输至患者体内。整体流程类似于现有的 CAR-T 细胞治疗。两条路径各有优势，也各有不同的技术挑战。目前来看，采用体外基因编辑路径的公司相对更多。这一选择可能是由于体内基因编辑对安全性的要求更高、技术难度更大。17 体内基因编辑体内基因编辑 基因敲除基因敲除 结构与机理结构与机理 体内基因编辑是指将基因编辑工具递送进入人体，在人体中对致病基因进行编辑处理的治疗方式。从编辑方式来看，可分为敲除（knock-out）和敲入（knock-in）两种模式，也可同时进行敲除和敲入。敲除，顾名思义，即是将某些错误表达或过度表达的基因37、进行抑制，使得患者身体不再继续生产错误的蛋白。相反，敲入则是将患者缺失的基因递送进入体内，使患者能够正常生产之前缺失的蛋白。相较于敲除，敲入的技术难度较高，目前进度也相对滞后。从技术角度来说，敲入包含了敲除所需的所有技术步骤，同时还需要额外的插入技术。因此，本章节中将主要介绍敲除，在下一章节简单介绍敲入。图表图表 13：基因编辑治疗的：基因编辑治疗的 2条主要路径条主要路径 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 目前这一路径的领导者是诺贝尔奖得主、UC Berkeley 教授 Jennifer Doudna 作为共同创始人的Intellia Therapeutics。38、以 Intellia 的管线之一 NTLA-2002 为例，以此窥探体内基因编辑疗法的大概原理。NTLA-2002 的有效成分由脂质微粒（lipid nanoparticle，LNP）包裹，以内含体（endosome）的形式进入细胞。药物有效成分主要由 2 种分子组成：靶向目标基因序列（此处 NTLA-2002 中，即KLKB1 基因）的 guide RNA（gRNA），以及编码 Cas9 的 mRNA。Cas9 mRNA 在进入细胞质后被核糖体翻译为 Cas9 蛋白。Cas9 蛋白与 gRNA 形成结合体，并进入细胞核。gRNA 将结合体引导至设定的基因序列，Cas9对其进行切割。由此，致病39、基因不再能够产生致病蛋白。18 图表图表 14：体内基因编辑治疗原理：体内基因编辑治疗原理 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 永久纠正致病基因永久纠正致病基因 由于体内基因编辑直接作用于人体 DNA，因此其对基因的纠偏将被存储于人体的遗传信息中。细胞分裂后的子细胞将会继承编辑后的 DNA。因此，通过一次高效的基因编辑，致病基因有望永久被纠正。这一特征已在 Intellia 的两个产品管线中体现。NTLA-2001，用于治疗由转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR）造成的神经疾病和心肌疾病，只需 1 次给药，便可使蛋白淀粉样沉淀长时间维持较低水平。Intellia 表示40、其有潜力在患者一生的时间内稳定抑制 TTR（“lifelong,stable TTR reduction”）。另一管线，NTLA-2002，用于治疗遗传性血管水肿（HAE），同样也只需 1 次给药，从目前的临床研究患者跟踪来看，药效明显且持续。由于 1 次给药即可发挥持久的药效，基因编辑疗法无需冗长繁琐的疗程，有望明显提高患者的依从性。精确靶向致病源头精确靶向致病源头 由于 CRISPR 对基因序列的识别具有较高的精度，因此体内基因编辑治疗能够精确靶向致病基因，而不影响人体其他机制的正常工作。LNP递送已得到验证递送已得到验证 体内基因编辑疗法的主要作用成份是 2 种 RNA，因此需要进入细胞41、后才可发挥作用。目前针对RNA 疫苗及药物，最主要的递送系统之一便是脂质纳米微粒（LNP）。LNP 递送系统在本次新冠mRNA疫苗中已获得了较为充分的验证。LNP 由 4种主要成分构成：可阳离子化脂质（cationic ionizable lipid）、中性脂质、胆固醇、PEG。19 图表图表 15：LNP 结构结构 资料来源：Pharmaceuticals，MDPI，中银证券 其中，可阳离子化脂质是核心成分，它深刻影响着 RNA 递送进入细胞后的释放。在进入细胞前，可阳离子化脂质在常规的生理环境下呈中性。包裹 RNA 药物成分的 LNP 抵达细胞后，以内含体（endosome）的形式进入细胞42、。由于内含体内部环境逐渐酸性化（endosomal acidification），可阳离子化脂质质子化（protonate），与中性脂质互相作用，破坏原本 LNP 以及内含体的结构，使得RNA 能够逃离，进入细胞质内。因此，一个优秀的可阳离子化脂质以及 LNP 结构能够在药物进入细胞前稳定 LNP 结构，保护运载的 RNA；在进入细胞后，又能够充分打开包裹，使得 RNA 能够充分地释放到细胞质中，以实现较好的药效。20 图表图表 16：LNP 结构及释放结构及释放 资料来源：Nature，中银证券 LNP 能够递送较大分子量的药物成分进入细胞。因此，能够较好地包裹 gRNA和 Cas9 mRN43、A。LNP 具有生物降解性。因其主要构成成分为脂质，可通过人体正常的代谢活动降解，对人体造成的负担有限。LNP 安全性较好。相对于其他递送系统，例如病毒载体，其本身的免疫原性较低，因此不易引起免疫系统过度反应。LNP 规模化生产相对简单，放大生产难度低，同时已有 mRNA疫苗大规模生产的产业经验。LNP 可通过外层结构设计，来靶向特定的器官或细胞种类。除技术方面外，使用 LNP 目前面临的一大挑战是专利问题。目前最常见的规避专利的方法是自主设计可阳离子化脂质的分子结构。这对研发团队在生物化学及分子生物学的素养提出了较高的要求。安全风险仍是重中之重，风险获益比是适应症选择的关键安全风险仍是重中之44、重，风险获益比是适应症选择的关键 由于 CRISPR-Cas 基因编辑系统的底层运作必须经过双链断裂（DSB，double-strand breaking），而DSB 对于基因而言是一个较大的变动，其本身可控性较差，难以预测可能造成的结果，带来了肿瘤、免疫疾病的风险。相较于体外基因编辑可以通过质量控制来掌控进入人体的编辑产物，体内基因编辑无法进行类似的质量控制，因为体内基因编辑是将编辑工具送入人体内，在人体中完成编辑工作，因此，若出现脱靶事件，错误编辑的细胞仍会留在体内。因此，相较于体外基因编辑，体内基因编辑的安全风险更大，这也将是这类疗法面临监管审批时最大的挑战。因此，适应症的选择非常重要。45、在安全性未确定的情况下，未被满足的医疗需求，尤其是目前尚未有有效疗法，生存期较短和生存概率低的病症，可能是体内基因编辑治疗较好的选择。21 体内基因编辑体内基因编辑 基因敲入基因敲入 设计和技术原理设计和技术原理 如上文所述，体内基因编辑相较于体外基因编辑难度更高，而体内基因编辑中，基因敲入比基因敲除难度更高。因此，基因敲入所需掌握的技术复杂，要求高。因此目前进展也落后于其他路径。从步骤上来看，基因敲除通过 CRISPR 系统 gRNA 和 Cas 在特定位点剪切 DNA 链，造成双链断裂（DSB），使靶点基因无法正常表达。根据 Intellia 的设计思路，基因敲入同样需要 CRISPR系统46、先剪切 DNA 双链，再通过病毒载体（Intellia 目前使用的是腺相关病毒 AAV 作为载体）在剪切位置插入缺失的基因。因此基因敲入由 2 个部分组成。第一部分由 LNP 作为递送系统包裹用于定位的 gRNA 和编码 Cas（用于切割）的 mRNA，在设定位点进行切割。第二部分由病毒载体作为递送系统，将患者缺失的基因递送进入细胞核，并整合进患者基因中。图表图表 17：体内基因编辑：体内基因编辑-敲入治疗实现路径敲入治疗实现路径 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 AAV 可将希望递送的基因片段包裹进病毒载体颗粒。病毒载体经细胞表面的受体识别，由内含体（endos47、ome）包裹进入细胞内。进入细胞后，部分病毒颗粒从内含体逃逸至细胞质内，部分病毒颗粒则跟随内含体到达溶酶体（lysosome）后再逃逸进入细胞质。随后，病毒颗粒进入细胞核，并褪去外壳，将携带的基因释放出来。22 图表图表 18：AAV 基因递送原理基因递送原理 资料来源：Nature，中银证券 原文注：Diagram of rAAV transduction pathway.Adeno-associated virus(AAV)is recognized by glycosylated cell surface receptors of the host.This triggers inter48、nalization of the virus via clathrin-mediated endocytosis.AAV then traffics through the cytosol mediated by the cytoskeletal network.Owing to the somewhat low pH environment of the endosome,the VP1/VP2 region undergoes a conformational change.Following endosomal escape,AAV undergoes transport into t49、he nucleus and uncoating.AAV can also undergo proteolysis by the proteasome.There are currently two classes of recombinant AAVs(rAAVs)in use:single-stranded AAV(ssAAV)and self-complementary AAV(scAAV).ssAAVs are packaged as either sense(plus-stranded)or anti-sense(minus-stranded)genomes.These single50、-stranded forms are still transcriptionally inert when they reach the nucleus and must be converted to double-stranded DNA as a prerequisite for transcription.This conversion can be achieved by second strand synthesis via host cell DNA polymerases or by strand annealing of the plus and minus strands51、 that may coexist in the nucleus.Because scAAVs are already double-stranded by design,they can immediately undergo transcription.The viral inverted terminal repeats(ITRs)present in the rAAV genome can drive inter-molecular or intra-molecular recombination to form circularized episomal genomes that c52、an persist in the nucleus.Vector genomes can also undergo integration into the host genome at very low frequencies,depicted by the dashed line(Box 2).在上一步中，gRNA 和 Cas 蛋白已在 DNA 上的特定位点进行了剪切。细胞的修复机制会试图将断裂的 DNA 重新连接在一起。常见的修复机制有两种，HDR（homology-directed repair，同源介导修复）和 NHEJ（non-homologous end-joining，非同源末53、端接合）。实现基因敲入需要 HDR 修复，而NHEJ 无法帮助实现基因敲入。HDR：是最为重要且常见的修复方式，同时也是实现基因敲入所需要的修复方式。HDR 通过模版序列来修复断裂的部分。模版序列可来自另一条姊妹染色体也可来自外部引入的 DNA 模版。模版序列的特征是拥有和断裂 DNA 两端相同的序列。HDR 修复机制会根据模版序列将断裂部分填补上，因此，若以姊妹染色体作为模版序列，断裂的 DNA 将被恢复成原样；若以外部引入的序列作为模版，修复后的 DNA 将包含模版中间的序列。因此，设计的序列将在两端包含 DNA 断裂两侧的序列，中间则是希望敲入的基因序列。在通过 AAV 将序列递送进入细54、胞核后，便可作为模版序列供HDR 对 DNA进行修复，修复后的 DNA便包含了希望敲入的基因。23 NHEJ：作为最主要的 DNA 双链断裂的修复方式，本身具有较大的不确定性，在修复后常常会引入不同种类的突变（插入、删除、替换），因此可能会产生框架漂移，导致错误的基因表达。由于基因突变通常会抑制基因的正常表达，因此 NHEJ 一般能够在基因敲除中发挥作用。但在基因敲入方面，则不希望出现 NHEJ，因为 NHEJ 重新连接断裂 DNA的序列是不确定的。图表图表 19：DNA 双链断裂（双链断裂（DSB）后的）后的 2 种修复方式：种修复方式：HDR 和和 NHEJ 资料来源：Bio-Rad，中银55、证券 HDR 修复机制是合适的修复种类，因为 HDR 可能采用利用 AAV 病毒载体递送进来的基因物质作为模板，对断裂的 DNA进行修复。NHEJ 是不合适的修复机制。因为 NHEJ 修复仅仅将断裂的 DNA连接起来，但如何连接是随机的。NHEJ 不仅不会按照 AAV 递送的模板基因序列进行修复，还有可能引入其他突变。因此，如何使细胞尽可能多地采用 HDR 修复，是目前研究的关键点之一。24 DNA 修复机制不确定性较高修复机制不确定性较高 DNA 双链断裂（DSB）的修复具有较高的不确定性。不确定性主要来自 2 方面：修复方式的选择和修复方式本身的随机性。首先，如上文所述，DNA 双链断裂的56、修复机制主要是 HDR 和 NHEJ。其中，只有 HDR 有可能实现基因敲入；NHEJ 无法实现敲入，相反，NHEJ 常常引入更多不确定的突变，例如：插入、删减、替换，有可能造成框架漂移，引起肿瘤或其他疾病。因此，在 CRISPR 系统引入双链断裂后，希望人体尽可能多地使用 HDR 作为修复方式，并尽量减少 NHEJ 的发生。但是，细胞会选择哪一种修复方式是不确定的，并且，修复方式的选择受多种因素影响。在一项发表在 Nature 的研究中，来自 Bio-Rad 和 UCSF 的团队试图量化 HDR 和 NHEJ 发生的比例，并找到增加 HDR、减少 NHEJ 的变量。研究发现，影响 HDR 和57、 NHEJ 发生比例的因素多种多样，例如基因编辑工具的种类、Cas 蛋白的选择、gRNA 的组合、方向、细胞种类、编辑位点等，都会对 HDR 和 NHEJ 的占比产生影响。因此，针对不同适应症、不同基因位点、不同细胞种类，基因敲入治疗所需的 gRNA、Cas 蛋白、AAV 序列等成分均需要新设计，同时进行排列组合，找出最佳搭配。在初始阶段，这一过程需要大量的实验验证，研发时间长，因此，如果能够成功，行业领军者将获得明显的先发优势护城河。当实验数据的积累足够充分后，后续的研发有望逐渐提速，因此，先发者的先发优势将有可能逐渐扩大。25 图表图表 20：HDR 和和 NHEJ 被用作修复方式的比例受58、多种因素影响被用作修复方式的比例受多种因素影响 资料来源：Nature，中银证券 原文注：(a)Scatter plots of droplets showing HDR-and NHEJ-inducing activities of dual Cas9-H840A and TALEN at RBM20.Representative 2D scatter plots of droplets positive for NHEJ(blue)and WT(green)alleles were obtained from HeLa cells transfected with dual Cas9-H859、40A or TALENs targeting RBM20.Both systems failed to induce HDR.(b)Quantified genome-editing outcomes at RBM20 in HeLa cells.HDR(red)and NHEJ(blue)allelic frequency(%)is shown.(c)Scatter plots of droplets showing HDR-and NHEJ-inducing activities of Cas9 and TALEN at RBM20.Representative 2D scatter p60、lots of droplets positive for HDR(orange),NHEJ(blue),WT(green)alleles were obtained from human iPSCs transfected with Cas9 or TALENs targeting RBM20.Only TALENs induced more HDR than NHEJ(highlighted in bold italic).(d)Quantified genome-editing outcomes at RBM20 in iPSCs.HDR(red)and NHEJ(blue)alleli61、c frequency(%)is shown.Conditions that gave equivalent or more HDR than NHEJ are highlighted in bold italic.For(b,d),values are meanSEM.(n=6).The difference between the HDR and NHEJ frequencies were evaluated by Students T-test(*p0.05).S,sense strand oligonucleotide donor;AS,antisense strand oligonu62、cleotide donor.The background signals of assays from equivalent amounts of unedited WT genomic DNA were subtracted from edited genomic DNAs(Supplementary Fig.S6).Conditions with low activity are shown in a different scale(highlighted in green).26 不确定性还来自于 HDR 机制本身。虽然相较于 NHEJ，HDR 被认为是较为精准、不易出错的修复方式，但63、仍有可能因为基因重组反应（recombination）产生突变。综合以上两点，对于基因敲入至关重要的修复机制却有不可忽视的不确定性，这对于最终基因编辑能否正确成功完成提出了挑战。AAV 设计复杂，运载能力有限。设计复杂，运载能力有限。AAV，Adeno-associated virus，腺相关病毒，是一种单链 DNA 病毒。自然界中，AAV 在许多脊椎动物中被发现，但目前普遍认为 AAV 并不会引起人类疾病。AAV 衣壳呈二十面体，直径约 26 nm，AAV 的基因组由正向或反向的单链 DNA 构成，长度约 4.7 kb，这也基本决定了 AAV 被改造为递送载体后它的载荷大致在这一水平。AAV64、 基因组两侧分别有 1 个 ITR（inverted terminal repeat）作为侧翼，ITR呈 T 形，在病毒复制与包封过程中起重要作用。AAV 作为载体时，将编码病毒蛋白的基因组去除，并用递送的基因序列代替。AAV 的载荷在 4.7 kb 左右，这其中除希望表达的基因外，部分情况下还包含调节表达的序列，例如启动子（promoter）。因此，AAV 能够递送的基因材料相对有限。人体免疫屏障可能降低人体免疫屏障可能降低 AAV 递送效率递送效率 AAV 递送可能会受到多种、多层人体免疫系统的抵抗，导致递送效率降低。中和抗体：感染自然腺相关病毒后产生的中和抗体在人体中循环。中和抗体能够识65、别 AAV 类病毒的衣壳，因此不仅靶向自然 AAV，也靶向重组 AAV。目前，有研究团队正在探索衣壳改造的方法，以规避免疫系统的检验，但目前还处于早期阶段。除此之外，也有空衣壳诱饵、血浆去除等其他策略正在研究中。另外，病毒衣壳还有可能诱导 T 淋巴细胞（Cytotoxic T lymphocyte，CTL）免疫，AAV 成功转化的细胞将可能受到攻击，导致成功进行了基因编辑的细胞被杀死。虽然相较于其他病毒载体（例如腺病毒载体），AAV 诱导的 CTL强度较低，但仍然影响整体递送效率和基因编辑治疗的有效性。图表图表 21：AAV 递送可能会受到多种人体免疫机制的抵抗递送可能会受到多种人体免疫机制的66、抵抗 资料来源：Nature，中银证券 27 体内基因编辑体内基因编辑 特点特点 1：体内基因编辑有望实现“一次给药，永久治愈”。特点特点 2：相较于体外，体内基因编辑对技术的精准性和可靠性要求更高，因为基因编辑发生在人体内，所以无法通过质量控制环节筛除编辑失败的细胞。特点特点 3：体内基因编辑主要可分为基因敲除和基因敲入。其中基因敲入环节更多，需要掌握的技术也更多，目前基因敲入进展也较慢，尚未有产品进入临床阶段。特点特点 4：基因敲除通常使用 LNP 递送系统运输 CRISPR 编辑工具进入体内，基因敲入不仅需要 LNP递送编辑工具，还需要递送修复模版（通常使用病毒载体 AAV 作为递送系统67、）。特点特点 5：这一细分市场，参与者较少。目前 Intellia Therapeutics 拥有较明显的领跑优势。28 体外基因编辑体外基因编辑 体外体外基因编辑助力细胞治疗基因编辑助力细胞治疗 相较于体内编辑，体外基因编辑是竞争者较多的细分赛道。主要原因是体外基因编辑可以通过质量控制保证基因编辑的质量，将不达标的细胞去除，从安全性的角度来看更为可靠，也更容易被监管机构所接受。从某个角度来说，体外基因编辑是利用基因编辑工具赋能细胞治疗。目前的细胞治疗，受制于细胞免疫机制，以自体型为主。但自体型细胞治疗的缺陷也较为明显：首先，由于所有细胞均来自于患者自身，因此成本较高，也无法规模生产，导致价格68、一直居高不下。第二，由于每个患者接受的细胞治疗都是个体化产品，因此制备所需时间较长。同时，治疗过程较为繁琐，对患者的生理和心理的消耗较大。由于自体型细胞治疗有着上述的种种缺陷，通用型（Allogeneic）细胞治疗吸引了大量关注。相较于自体型细胞治疗，通用型细胞治疗的优势在于：可以提前制备，不需患者等待。环节减少，不需要从患者体内提取细胞，减少患者负担。产品一致性更佳，因此有望实现规模化生产，成本可能降低。但挑战也随之而来，自体型细胞治疗最大的障碍便是降低免疫排异反应。多种人体免疫机制限制细胞治疗多种人体免疫机制限制细胞治疗 排异反应来自多个人体免疫机制，例如 T 细胞和 NK 细胞（与 HL69、A 基因相关）。同时，若输注的治疗细胞量较大的话，输注细胞可能会对人体细胞产生排异（与 TCR 相关）（GvHD）。图表图表 22：细胞治疗受到多种细胞免疫排异机制的抵抗：细胞治疗受到多种细胞免疫排异机制的抵抗 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 29 基因编辑改造细胞，尽量避免不需要的免疫机制基因编辑改造细胞，尽量避免不需要的免疫机制 通过基因编辑，尽量干扰或阻断引起排异反应的信号通路。图表图表 23：Intellia 降低排异反应的策略降低排异反应的策略 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 Intellia 在此提供了一些可能的改进思70、路。例如：通过敲除治疗细胞的 TCR 来避免移植物排斥宿主病（GvHD）；通过基因敲入引入 CAR 或 TCR 来增强细胞对肿瘤的杀伤；敲除 II 型 HLA 基因来避免 CD-4 介导的排异反应；敲除 HLA-A来避免 CD-8 介导的排异反应；调整 HLA-B 和 HLA-C 来避免 NK细胞介导的排异反应。图表图表 24：CRISPR Therapeutics 降低排异反应的策略降低排异反应的策略 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 CRISPR Therapeutics 第一代体外基因编辑产品设计也遵循类似的设计理念：通过敲除 2M 来去除MHC1 的表达，使 71、CAR-T 细胞不容易被患者的免疫系统识别；通过干扰 TCR 的表达，使 CAR-T细胞不再排斥患者体内的细胞；利用 CRISPR 技术，将 CAR 序列精准插入至 TRAC 位点，提高一致性和安全性。30 基因编辑改造细胞，加强对肿瘤细胞的杀伤力基因编辑改造细胞，加强对肿瘤细胞的杀伤力 通过基因编辑，除了可以干扰或阻断引起排异反应的信号通路，也可以增强治疗细胞的有效性。CRISPR Therapeutics 第二代体外基因编辑产品是针对肿瘤的一款细胞治疗，产品设计在第一代基础上继续改进：通过干扰 Regase-1 的表达，使细胞素分泌增加，增强对肿瘤细胞的毒性；敲除TGFBR2，使 CAR-72、T 细胞对肿瘤细胞分泌的 TGF-不再敏感，加强杀伤。图表图表 25：CRISPR Therapeutics 第二代第二代 CAR-T 设计设计 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 图表图表 26：CRISPR Therapeutics 第二代第二代 CAR-T 设计原理设计原理 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 CRISPR Therapeutics 第一代体外基因编辑产品的设计主要利用基因编辑技术增强了产品的安全性，避免不必要的免疫排斥。第二代体外基因编辑产品设计在第一代基础上的改进主要是为了增强工程细胞对肿瘤细胞的杀伤力。对不同基因的编辑73、，给细胞治疗带来了更大的设计空间，更多的改进方向。31 寻找合适的策略寻找合适的策略和编辑位点和编辑位点，考验研发机构对细胞机制的理解水平，考验研发机构对细胞机制的理解水平 基因编辑提供了有力的改进细胞治疗的方法和工具箱。如何利用好基因编辑，使基因编辑发挥最大的效益，考验研发团队对细胞机制的理解水平。CRISPR Therapeutics 提供了一个范例。CRISPR Therapeutics 的研发人员们发现，CAR-T 细胞不需过长的体内留存时间。CAR-T 细胞在人体内的 PK 特征呈现较明显的 3 个阶段。第一阶段 CAR-T细胞寻找肿瘤所在的靶点；第二阶段 CAR-T 细胞开始扩增，74、攻击肿瘤细胞；第三阶段，CAR-T 细胞被自身免疫系统清除。研究发现 CAR-T 细胞进入体内后便内快速响应，一般不需留存 28 天便能实现持续的病情缓解。此外，NK 细胞未在肿瘤处聚集，意味着继续降低 CAR-T 免疫原性的收益不高。因此，研发团队转向寻找提高有效性的方案。图表图表 27：CRISPR Therapeutics CAR-T 产品产品 CTX130 药代动力学特征药代动力学特征 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 图表图表 28：NK 细胞未在病灶聚集，说明细胞未在病灶聚集，说明 NK 细胞对细胞对 CAR-T 细胞干扰有限细胞干扰有限 资料来源：CRI75、SPR Therapeutics，中银证券 随后，CRISPR Therapeutics 的研发团队对各位点以及组合进行了研究筛选，找到肿瘤抑制效果最好的组合，将其纳入新一代药物的工程化改造策略中。AI可能能够提高这一筛选过程的效率。32 图表图表 29：对不同位点和组合进行改造，探究肿瘤抑制的最佳策略：对不同位点和组合进行改造，探究肿瘤抑制的最佳策略 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 体外基因编辑特点体外基因编辑特点 特点特点 1：相较于体内，体外基因编辑安全性、可控性更佳。特点特点 2：许多体外基因编辑管线可以看作是细胞治疗的升级，是使用基因编辑技术赋能细胞治疗，76、改善治疗细胞的免疫原性、提高安全性、增强针对肿瘤细胞的杀伤力（若适应症为癌症）。特点特点 3：针对不同适应症，可进行不同的设计，使治疗细胞的不同能力得到加强。特点特点 4：基因编辑提供了大量细胞治疗升级的可能性，但哪些方向、策略最有价值，非常考验研发团队对细胞机制的理解和积累。AI 在其中可能能够提升筛选效率。特点特点 5：CRISPR Therapeutics 与 Vertex 合作开发的 Exa-cel 有望成为首个获批的基因编辑疗法。该产品用于治疗 TDT 和 SCD 的上市申请已于 2023 年 1 月获 EMA 受理，于 2023 年 4 月 3 日完成了向 FDA 提起的 BLA。77、Exa-cel 已获得 FDA 授予的 RMAT、快速通道、孤儿药认证，和 EMA 授予的优先药物（PRIME）认证。33 全球研发进展全球研发进展 案例案例 1：NTLA-2001 体内基因编辑体内基因编辑-基因敲除基因敲除 NTLA-2001是 Intellia Therapeutics 目前进展最快的管线之一。NTLA-2001 用于治疗由转甲状腺素蛋白淀粉样变性（Transthyretin Amyloidosis，ATTR）引起的疾病。目前已开展了 2项临床 I 期研究，分别针对由 ATTR引起的多发性神经疾病和心肌疾病。ATTR病症及患者规模：疾病负担沉重及医疗需求未被满足的罕见病病78、症及患者规模：疾病负担沉重及医疗需求未被满足的罕见病 ATTR 蛋白淀粉样变性是由于错误折叠的转甲状腺素蛋白不断积累产生的。ATTR 主要影响神经及心脏功能。根据 Intellia 官网 2023Q1 Corporate Overview 信息，全球范围内，受遗传性 ATTR 困扰的患者规模约 50000 人，野生型 ATTR 患者 20-50 万人。ATTR 伴随心肌疾病患者诊断后的预期生存周期约 2-7 年，ATTR 伴随多发性神经疾病患者的预期生存期约 10 年。ATTR 可能引起多种不良反应，例如心衰、呼吸困难、虚弱、知觉丧失等，且治疗通常需要延续一生，疾病负担较重。研究证明 TTR 79、基因表达的抑制，可以改善 ATTR 引起的多发性神经疾病的症状。此前，FDA 批准的首个 siRNA 药物 Patisiran（商品名 Onpattro，由 Alnylam 公司研发）通过小核酸干扰机制抑制TTR 蛋白的表达，改善了患者症状。在 Patisiran 的研究中，研究者发现改良神经病变损伤评分mNIS+7 与转甲状腺素水平有着密切联系。图表图表 30：转甲状腺素水平与：转甲状腺素水平与 mNIS+7 神经损伤评分关系神经损伤评分关系 资料来源：NEJM，中银证券 目前全球对于 ATTR 的治疗手段非常匮乏。在 2017 年 FDA批准 siRNA药物 Patisiran上市前，几乎80、没有有效药物，只能通过肝脏移植以及仅在部分国家获批的氯苯唑酸进行治疗。ATTR 是一种典型的医疗需求未被满足的罕见病。近年来，FDA 陆续批准了 Onpattro、Amvuttra、Tegsedi、Vyndamax、Vyndaqel 用于 ATTR 引起的不同病症。但上述药物价格都较为昂贵。34 图表图表 31：现有用于治疗：现有用于治疗 ATTR 的相关药物的相关药物 资料来源：Business wire,FiercePharma,Tegsedi,Vyndalink官网，中银证券 ATTR 是一种典型的医疗需求未被满足的罕见病。随着 RNA 药物、基因治疗和基因编辑技术的进步，许多公司将 A81、TTR 作为最早的研发管线目标之一。近年来，随着 RNA 药物、基因治疗和基因编辑技术的进步，许多公司将 ATTR 作为最早的研发管线目标之一。临床设计临床设计 Intellia 的 NTLA-2001 已进入临床 I 期研究，这是一项针对 2 项适应症进行的开放标签、多中心研究。研究分别对药物在遗传性 ATTR 引起的多发性神经疾病（ATTRv-PN）和 ATTR 引起的心肌疾病（ATTR-CM）的治疗展开了探索。两个适应症的给药方式均采取 1 剂次静脉注射（IV）。两个适应症的研究均分为两个部分，第一部分为单剂次剂量爬坡，第二部分为剂次扩张（以第一部分研究后选定的剂量为基础）。35 图表图82、表 32：NTLA-2001 临床临床 I 期研究设计期研究设计 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 主要临床终点为安全性、耐受性、PK 及 PD，对血清 TTR 水平进行监测。次要临床终点分别对神经功能和心脏类疾病进行监测评判。针对 ATTRv-PN 多发性神经疾病，单剂量爬坡研究设置的剂量组分别为 1.0mg/kg、0.7mg/kg、0.3mg/kg、0.1mg/kg。次要临床终点中的评判标准为 NIS（神经损伤评分，neuropathy impairment score）和 mNIS+7（改良神经损伤评分+7，modified NIS+7）。图表图表 33：N83、TLA-2001 临床临床 I 期针对多发性神经疾病（期针对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的设计）的设计 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 针对 ATTR-CM 心肌疾病，单剂量爬坡研究中，研究者根据 NYHA 分类将患者分为 3 个组别：针对 I 型/II 型患者给药 0.7 mg/kg、针对 III 型患者给药 0.7 mg/kg、针对 I 型/II 型患者给药 1.0 mg/kg。次要临床终点的评判中包含了心电图、生物标记物、心肺测试、6分钟行走测试。36 图表图表 34：NTLA-2001 临床临床 I 期针对心肌疾病（期针对心肌疾病（ATTR-CM）84、的设计）的设计 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 安全性：不良反应概率较高，但大部分不良反应较轻安全性：不良反应概率较高，但大部分不良反应较轻 NTLA-2001 在两项适应症的研究中均出现了较高的不良反应概率。在针对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的研究中，所有 15 个受试者均出现了不良反应，其中 1级不良反应 73.33%（11/15），2 级不良反应 13.33%（2/15），3 级不良反应 13.33%（2/15）。按剂量组来看，2 级和 3 级不良反应案例均出现在 0.7mg/kg 和 1.0mg/kg 两个高剂量组，两个低剂量组（0.1mg/kg、85、0.3mg/kg）出现的不良反应均为 1 级。图表图表 35：NTLA-2001 临床临床 I 期针对遗传性期针对遗传性 ATTR 引起的多发性神经疾病（引起的多发性神经疾病（ATTRv-PN）的安全性）的安全性 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 在针对心肌疾病（ATTR-CM）的研究中，在共 12 人的受试者中 9 人（75%）出现了不同程度的不良反应，其中，共 2 级不良反应出现概率 16.67%（2/12）和 3 级不良反应 8.33%（1/12）。不良反应的出现概率、程度、以及具体原因仍旧需要继续观察。37 图表图表 36：NTLA-2001 临床临床 I86、 期针对期针对 ATTR 引起的心肌疾病（引起的心肌疾病（ATTRv-CM）的安全性）的安全性 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 总体而言，NTLA-2001安全性数据有以下特点：不良反应出现概率较高。轻度不良反应为主。以上数据由于样本量较小，不一定能准确反映药物安全性特征。此外，与现有的其他 ATTR 药物对比，NTLA-2001 整体安全性呈类似水平和特征。FDA 于 2017 年批准用于治疗 ATTR 的 siRNA 药物 Patisiran 此前公布的临床 III 期数据显示，Patisiran 引起不良反应的概率约为 97%。出现严重不良反应（sever87、e adverse events）的概率为 28%。38 图表图表 37：siRNA 药物药物 Patisiran 临床临床 III 期安全性数据期安全性数据 资料来源：NEJM，中银证券 有效性：有效性：TTR抑制明显且持久抑制明显且持久 NTLA-2001 在有效性方面显示出令人兴奋的竞争力。患者在接受 NTLA-2001 治疗后，体内 TTR 水平受到明显抑制，并且目前已有数据显示药效持续时间长。在对多发性神经疾病（ATTRv-PN）的研究中，除最小剂量组 0.1 mg/kg 外，其他剂量组（0.3、0.7、1.0 mg/kg）均在给药后 1个月内实现 TTR 降低 80%以上，并且抑制88、作用持久。截至 2022年 6月 24日，0.3 mg/kg 剂量组（n=3）跟踪时间已到达给药后 12 个月，期间 TTR 平均抑制效果保持在80%以上，第 12 个月时平均抑制效果约 89%。0.7 mg/kg剂量组（n=3）跟踪时间到达给药后 6个月，期间 TTR 平均抑制效果保持在 80%以上，第 6 个月时平均抑制效果约 87%。1.0 mg/kg 剂量组（n=6）中有 3 位受试者跟踪时间到达 9 个月，其余 3 人到达 6 个月；期间 TTR 平均抑制效果90%以上，第 6 个月、第 9个月时平均抑制效果均在 93%左右。所有剂量组在给药后 1 个月内，TTR抑制水平便已接近峰值89、，并且一直稳定在峰值附近。39 图表图表 38：ATTRv-PN 临床临床 I 期期 NTLA-2001 降低血清降低血清 TTR 的有效性数据的有效性数据 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 在针对心肌疾病（ATTR-CM）的研究中，NTLA-2001 也显示出良好的有效性。在所有三个干预组中，所有受试者的血清 TTR 水平在给药后的第 28 天均下降了 90%以上，并且维持在这一稳定水平。截至 2022 年 11 月 5日，NYHA I/II型患者接受 0.7 mg/kg的受试组到达给药后 6个月时间点，第 6个月 TTR 平均抑制效果约 93%，另外两个组别到90、达给药后 4 个月时间点，TTR 平均抑制效果 92%、94%。图表图表 39：ATTR-CM 临床临床 I 期期 NTLA-2001 降低血清降低血清 TTR 的有效性数据的有效性数据 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 总体而言，NTLA-2001的有效性呈现以下特点：药效明显，受试者血清 TTR 含量显著下降，降幅基本在 80%以上。40 药效持久，受试者血清 TTR 受到持续稳定的抑制。以目前数据来看，在最后观察时间点，受试者TTR没有出现反弹。起效较快。受试者血清 TTR 水平在给药后 1个月内便能达到峰值或接近峰值抑制水平。此外，与现有的其他 ATTR 91、药物对比，NTLA-2001 整体有效性可能略有优势。FDA 于 2017 年批准用于治疗 ATTR 的 siRNA 药物 Patisiran 此前公布的临床 III 期数据显示，在给药 3 周后，Patisiran对血清 TTR的抑制效果基本稳定在 70%-80%区间。图表图表 40：Patisiran 针对针对 ATTR 引起的心肌疾病临床引起的心肌疾病临床 III 期血清期血清 TTR 降低幅度有效性数据降低幅度有效性数据 资料来源：NEJM，中银证券 案例案例 2：NTLA-2002 体内基因编辑体内基因编辑-基因敲除基因敲除 NTLA-2002是 Intellia Therapeut92、ics 另一条已进入临床研究阶段的管线。NTLA-2002 用于治疗遗传性血管水肿（Hereditary Angioedema，HAE）。目前已开展了 2 项临床 I 期研究，分别针对由 ATTR引起的多发性神经疾病和心肌疾病。HAE病症及患者规模：随机发病且可能导致致命后果的医疗需求未被满足的罕见病病症及患者规模：随机发病且可能导致致命后果的医疗需求未被满足的罕见病 HAE 临床表现为反复的、严重的、身体随机部位的肿大。HAE 对某些部位或器官的攻击是非常危险的，例如咽喉部位的肿大可能导致窒息。HAE 发病时间、部位随机，严重时可导致住院或死亡。未经治疗的患者，平均 7-14 天便会受到HA93、E 攻击发病。HAE 伴随一生，目前的治疗方法也需持续一生。全球范围内，平均每 50000 人中有 1个 HAE 患者。美国与欧洲 HAE 患者超 15000 人。根据 Intellia 援引的 GlobalData 2022 和 Redbook 2022 数据，2026 年全球市场空间可能达到 40 亿美金。美国目前已有的预防性治疗的年化治疗费用约 50万美金。HAE疾病病理及疾病病理及NTLA-2002机制机制 KLKB1 基因对 Kallikrein（激肽释放酶血管舒缓素）的水平起着重要作用，而 Kallikrein 对 HMW Kininogen（HMW 激肽原）转化 Bradykin94、in（缓激肽）起促进作用。缓激肽是一种血管扩张剂，缓激肽过高可能引起水肿。NTLA-2002 通过抑制 KLKB1 基因表达，控制缓激肽的水平，降低血管扩张造成的水肿的风险。41 图表图表 41：HAE 疾病病理疾病病理 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 图表图表 42：NTLA-2002 治疗治疗 HAE 机制机制 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 临床设计临床设计 NTLA-2002 临床 I 期研究是一项开放标签的单剂量爬坡研究，分为 3 个剂量组：75mg（3 人）、50mg（4 人）、25mg（3 人）。主要研究终点为安全性95、、耐受性，其他研究终点是 PK、PD、有效性（发病数）。42 临床 II期研究是一项对推荐剂量进行确认的扩展随机研究。分为 3组：推荐剂量组 1（10 人）、推荐剂量组 2（10 人）、安慰剂组（5 人）。主要研究终点是有效性（16 周内发病数），其他研究终点包括 PD、PK、安全性和耐受性、QoL生活质量。图表图表 43：NTLA-2002 临床临床 I/II 期研究设计期研究设计 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 安全性：未出现重度不良事件安全性：未出现重度不良事件 研究证明了 NTLA-2002 的安全性和耐受性。所有剂量组中，最常出现的不良反应是注射相关反96、应和疲惫。所有不良反应均为轻度（n=5）或中度（n=2）。所有不良反应均自行缓解。未出现紧急严重不良反应（emergent SAE）或三级及以上治疗期不良反应（TEAE）。有效性：有效性：TTR抑制明显且持久抑制明显且持久 受试者接受 NTLA-2002 给药后，所有剂量组患者血清中 Kallikrein 水平明显下降。所有剂量组给药后 28 天内，基本已达到最大抑制效果。25mg 组抑制水平大约 64%，75mg 组抑制水平约 92%，50mg 组给药后时间较短，尚不能确定抑制水平。43 图表图表 44：NTLA-2002 显著降低血浆显著降低血浆 Kallikrein 水平水平 资料来源：97、Intellia Therapeutics，中银证券 更值得注意的是，NTLA-2002 带来了显著的临床症状改善。实验时间较长的 25mg 组和 75mg 组患者在给药后发病频率明显下降。25mg 组中，患者在给药后 16 周内，平均发病频率降低 91%；75mg 组这一数据为 78%。图表图表 45：NTLA-2002 带来临床获益：降低带来临床获益：降低 HAE 发病频率发病频率 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 部分患者已可以不再接受传统的预防治疗。同时，观察期较久的 25mg 组 3 名患者，分别已有 10.6 个月、5.5个月、8.3个月没有再次发病。98、显示出 NTLA-2002基因编辑疗法永久治愈的潜力和可能性。44 图表图表 46：NTLA-2002 带来临床获益：带来临床获益：部分患者已可以不再接受传统的预防治疗部分患者已可以不再接受传统的预防治疗 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 总体而言，NTLA-2002的有效性呈现以下特点：药效明显，且显示出剂量依赖性。受试者血清 Kallikrein 含量显著下降，且降幅与剂量正相关。已显示出临床获益。患者发病频率显著降低，部分患者已可脱离传统预防治疗，且在脱离后未有发病。部分患者距离上次发病已有数月时间。药效持久，受试者血清 Kallikrein 受到持续稳定的99、抑制。目前，在最后观察时间点，受试者Kallikrein 水平没有出现反弹。更重要的是，部分患者距离上次发病已有数月时间，带来了永久治愈的曙光。起效较快。受试者血清 Kallikrein 水平在给药后 28天内便能达到峰值或接近峰值抑制水平。案例案例 3：NTLA-3001 体内基因编辑体内基因编辑-基因敲入基因敲入 NTLA-3001 是 Intellia Therapeutics 进展最快的基因敲入管线，公司表示预计将在 2023 年下半年向FDA提交 IND 申请。Intellia 目前布局了 2条路径，靶向 AATD 疾病。a)NTLA-3001：插入功能正常的 SERPINA1 基因100、，使 A1AT 蛋白持续正常表达。主要为解决AATD 相关的肺疾病。b)NTLA-2003：敲除突变的 SERPINA1 基因，减少并防止错误的 A1AT 蛋白累积。主要解决AATD 相关的肝疾病。AATD病症及患者规模：可能致命的疾病负担较重的遗传性罕见病病症及患者规模：可能致命的疾病负担较重的遗传性罕见病 AATD，Alpha-1 Antitrypsin Deficiency，胰蛋白酶缺乏症。是一种以血清中 Alpha-1 抗胰蛋白酶水平下降为主要特征的常染色体共显性遗传病。与新生儿肝炎、婴幼儿和成人肝硬化、肺癌、肺气肿等关系密切。发病时间、部位随机，严重时可导致住院或死亡。未经治疗的患者101、，平均 7-14 天便会受到 HAE 攻击发病。HAE 伴随一生，目前的治疗方法也需持续一生。美国 AATD 患者超 60000 人，全球约 25万 AATD 患者。亚洲发病率较低，较为罕见。45 临床前研究显示，敲入基因能够成功稳定表达临床前研究显示，敲入基因能够成功稳定表达 在非人类灵长类（non-human primate，NHP）的临床前研究显示，基因敲入后，人 A1AT（hA1AT）表达稳定，即使在猴（Cyno）A1AT（cA1AT）基因被敲除后，cA1AT 水平出现明显下滑，但hA1AT 表达仍旧基本稳定在同一水平，说明敲入的 hA1AT 基因正在持续表达，并且不受 cA1AT敲除102、的影响。图表图表 47：敲入基因可在非灵长类动物模型中成功表达：敲入基因可在非灵长类动物模型中成功表达 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 在啮齿动物的临床前研究显示，敲入人 FIX（hFIX）基因后，效果在 12 个月观察期中持续存在，证明基因编辑的效果已经被携带在正常的细胞循环中（与之相反，传统药物或治疗带来的效果会随时间递减，并逐渐消失）。随后，研究团队进行了部分肝脏切除（PHx），以探究基因编辑是否也会被携带进再生细胞中。图表图表 48：敲入基因是否在啮齿类动物模型中持续表达设计思路：敲入基因是否在啮齿类动物模型中持续表达设计思路 资料来源：Intellia103、 Therapeutics，中银证券 研究结果显示，基因编辑的效果能够被再生细胞继承，对照组基因治疗则无此能力。研究显示，传统的基因治疗在肝脏部分切除后，敲入的基因表达明显下降（第 54 天表达下降 85%，第 85 天下降 95%）。而基因编辑治疗后，即使经过肝脏部分切除，基因表达仍然明显，且较为稳定。说明基因编辑敲入的基因已被保存于动物模型的基因组中，有可能已实现了永久敲入。46 图表图表 49：通过基因编辑敲入基因在肝部分切除后仍旧保持一定表达水平：通过基因编辑敲入基因在肝部分切除后仍旧保持一定表达水平 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 总体而言，NTLA-104、3001管线具有以下特点：已在非人类灵长类动物中获得较成功的编辑，且表达持久。在非人类灵长类动物的研究中，显示出定向编辑的能力。基因编辑的效果能够被再生细胞继承，基因治疗则无此能力。这一能力证明了“一次给药，永久治愈”的潜力。Intellia 计划在 2023 年下半年提交 IND。案例案例 4：Exa-cel（CTX-001）体外基因编辑体外基因编辑 Exa-cel 是 CRISPR Therapeutics 与 Vertex 联合研发的体外基因编辑疗法，也是目前进展最快的基因编辑管线，公司表示该产品用于治疗 TDT 和 SCD 的上市申请已于 2023 年 1 月获 EMA 受理，于202105、3 年 4月 3 日完成了向 FDA提起的 BLA。适应症及患者规模：为遗传性血液疾病的治愈带来曙光适应症及患者规模：为遗传性血液疾病的治愈带来曙光 Exa-cel 的适应症为 Beta地中海贫血（-thalassemia）、镰状细胞性贫血（sickle cell disease，SCD）。地中海贫血患者在出生后症状可能会进行性加重，并有可能由于严重贫血、心力衰竭、营养不足及感染导致死亡。镰状细胞症可能会造成血管阻塞导致器官功能障碍，可能表现为疼痛危象、肝脾进行性肿大、组织缺氧、炎症等。图表图表 50：地中海贫血患者红细胞发生形变：地中海贫血患者红细胞发生形变 资料来源：Medlineplus106、，中银证券 47 图表图表 51：镰状细胞症患者红细胞发生形变呈镰刀状：镰状细胞症患者红细胞发生形变呈镰刀状 资料来源：Mayo Clinics，中银证券 BCL11A 基因位于 2 号染色体上。BCL11A 会抑制新生儿血红蛋白（fetal hemoglobin，HbF）的形成。新生儿血红蛋白 HbF能够改善上述疾病的症状。通过体外基因编辑，研发团队对 CD34+HSPC细胞中红细胞（erythroid）特异的 BCL11A基因的加强子（enhancer）进行抑制，以此得到改造后的细胞并给患者进行回输。图表图表 52：Exa-cel 作用于作用于 BCL11A 治疗治疗 TDT/SCD 资料107、来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 Exa-cel的治疗流程与的治疗流程与CAR-T治疗类似治疗类似，预计定价较高，预计定价较高。首先需要对患者进行预前筛查，并收集患者自身的血液干细胞。而后，这些干细胞被送至生产中心进行基因编辑改造，以及安全性检查，质控通过后冷冻储藏。同时，患者接受输注前的准备性化疗，通常使用白消安（Busulfan，二甲磺酸丁酯）。化疗结束后，患者接受治疗细胞的输注、移植。出院后持续进行跟踪，了解预后情况。本质上，Exa-cel 是一个升级版的细胞治疗产品。预计 Exa-cel 成本较高，定价也可能较昂贵。由于 Exa-cel 也是个体化方案，因此估计成108、本较高，定价可能会参考现有的 CAR-T 细胞治疗产品疗法。48 图表图表 53：Exa-cel 治疗流程治疗流程 资料来源：CRISPR Therapeutics，European Hematology Association，中银证券 临床设计临床设计 Exa-cel 针对 TDT 和 SCD 分别开展了临床研究。2 项研究均取得了令人兴奋的数据，并显示 Exa-cel能够给患者带来临床获益。图表图表 54：Exa-cel 临床研究临床研究 CLIMB THAL-111 CLIMB SCD-121 适应症 TDT SCD 种类 国际多中心开放标签单臂关键临床研究（NCT03655678）国109、际多中心开放标签单臂关键临床研究（NCT03745287）关键入组标准 12-35岁，患有输血依赖性 地中海贫血，TDT定义为在过去 2年中曾有每年接受100mL/kg或 10单位红细胞输注的历史。12-35岁，患有严重的镰状细胞症（SCD），SCD定义为在过去 2年中曾有每年发生2次血管闭塞（vaso-occlusive crisis，VOC）的历史。主要终点 接受 exa-cel 治疗后，在不需红细胞输注的情况下，患者至少连续 12个月维持9 g/dL血红蛋白的比例。接受 exa-cel 治疗后，患者至少连续 12个月未发生严重 VOC的比例。其他指标 移植情况、总血红蛋白水平、新生血红蛋110、白水平、BCL11A编辑后等位基因情况、输注、不良事件等。移植情况、总血红蛋白水平、新生血红蛋白水平、BCL11A编辑后等位基因情况、VOC、不良事件等。资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 有效性有效性 研究显示 Exa-cel 能够降低 TDT 患者对血液输注的需求以及 SCD 患者发生血管闭塞危象的概率。在针对 TDT 适应症的研究中，受试者接受 exa-cel 治疗后，42/44 患者已停止输注红细胞。其中持续时间最长的已有 36.2 个月没有进行输注。2 位还未停止输注的患者，所需输注的红细胞量已明显减少，分别下降了 75%、89%。49 图表图表 55：Exa111、-cel 降低降低 TDT 患者输注需求患者输注需求 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 在针对 SCD 适应症的研究中，接受 exa-cel 治疗后，所有 31 个患者均未出现血管闭塞危象 VOC，其中持续时间最长的已有 32.3 个月未出现 VOC。50 图表图表 56：Exa-cel 降低降低 SCD 患者输注需求患者输注需求 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 尽管机理尚不完全清晰，HbF 能够对 TDT 和 SCD 引起的贫血起到改善作用。Exa-cel 治疗后，TDT 或 SCD 患者的 HbF 均有提升。Exa-cel 治疗后，含 112、HbF 的细胞比例明显提升，TDT 组由基线的约 10%提升至 90%-100%区间，SCD 组由基线的约 20%提升至 90%-100%。且提升后比例稳定维持在高位区间，TDT 组最长观察期已达 36 个月，SCD 组 30 个月。51 图表图表 57：Exa-cel 可提高患者可提高患者 HbF 水平水平 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 52 图表图表 58：Exa-cel 可提高患者含可提高患者含 HbF 细胞的水平细胞的水平 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 同时基因编辑已反映在骨髓（bone marrow，CD34+细胞）或外周血113、（peripheral blood，有核细胞）中，且维持稳定表达。在针对不同适应症的 2 项研究中，数据显示骨髓中基因编辑后的表达在给药后第 6 个月和第 12 个月基本维持同一水平，部分已到达 24 个月观察期的患者也保持了与第 6、12 个月相同的水平。在外周血中，数据显示了类似的特征，没有出现基因编辑表达快速衰减的现象。因此可以猜测 Exa-cel 带来的治疗效果是较为持续的。图表图表 59：Exa-cel 带来的基因编辑在骨髓与外周血中持续表达带来的基因编辑在骨髓与外周血中持续表达 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 安全性安全性 Exa-cel 安全性与白消安114、清髓术和自体造血干细胞移植（HSCT）相似。许多不良事件可能与配套的化疗（白消安）相关。53 图表图表 60.Exa-cel 安全性数据安全性数据 TDT（n=44）SCD（n=31）患者暴露时间（人-月）520.2 288.6 所有不良事件 44（100%）31（100%）与 exa-cel 相关 AE 12（27.3%）9（29.0%）3或 4级不良事件 38（86.4%）31（100%）严重不良事件 15（34.1%）10（32.3%）与 exa-cel 相关 SAE 2（4.5%）0（0%）资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 小结小结 有效性令人惊喜：有效性令人115、惊喜：针对 TDT 的适应症中，42/44 位受试者已不再需要输注红细胞，2 位还未停止输注的受试者所需的输注量也明显减少（-75%、89%），且效果持续（最长已有 36.2 个月不需输注）；针对 SCD 的适应症中，31/31 位受试者均未再出现 VOC，且效果持续（最长已有 32.3 个月未出现 VOC）。安全性可控：安全性可控：针对 TDT 和 SCD 适应症，与 Exa-cel 相关的不良事件发生率分别为 27.3%、29.0%，与 Exa-cel 相关的严重不良事件发生率分别为 4.5%、0%。治疗流程与治疗流程与 CAR-T 细胞治疗类似，均为个体化方案，因此预计成本较高：细胞治疗116、类似，均为个体化方案，因此预计成本较高：Exa-cel 也需从患者体内提取自提血液干细胞，对其进行工程改造，在此期间患者接受准备性化疗，而后输注移植治疗细胞。由于 Exa-cel 仍旧是个体化治疗方案，因此成本较高，我们预计定价将参考现有的 CAR-T 细胞治疗费用。有望成为第一个获批上市的基因编辑疗法：有望成为第一个获批上市的基因编辑疗法：CRISPR Therapeutics 与 Vertex 合作开发的 Exa-cel 有望成为首个获批的基因编辑疗法。该产品用于治疗 TDT 和 SCD 的上市申请已于 2023 年 1 月获 EMA受理，于 2023 年 4 月 3日完成了向 FDA提起117、的 BLA。Exa-cel 已获得 FDA授予的 RMAT、快速通道、孤儿药认证，和 EMA授予的优先药物（PRIME）认证。研发管线特点研发管线特点 体外基因编辑管线多于体内基因编辑，且进度较快。体外基因编辑管线多于体内基因编辑，且进度较快。由于体外基因编辑在安全性和质量控制方面可控性更高，目前各创新药企中布局体外基因编辑管线较多，且几乎都已有管线进入临床研究阶段。而体内基因编辑对技术成熟度和精准性要求更高，尽管大部分企业已开展相关研究，但基本均处于临床前研究阶段，仅有 Intellia 两条管线进入临床研究阶段。体外基因编辑适应症选择出现重叠，可能给未来市场带来头对头竞争。体外基因编辑适应118、症选择出现重叠，可能给未来市场带来头对头竞争。许多企业均选择了血液疾病作为首条管线的适应症，且基本都选择了地中海贫血症（TDT）和镰状细胞贫血（SCD）适应症。这对未来市场埋下了头对头竞争的导火索。目前来看，CRISPR Therapeutics 的领先优势较为明显，已于 2023 年 4 月向 FDA 提出产品 Exa-cel 的 BLAs，有望成为首个获批上市的基因编辑治疗产品，获得先发优势。体外基因体外基因编辑编辑 X 细胞治疗百花齐放。细胞治疗百花齐放。与血液疾病领域的“内卷”不同，基因编辑赋能细胞治疗（例如 CAR-T）在肿瘤领域的管线呈现较为丰富的布局。各企业选择的靶点不同，治疗细119、胞的改造策略估计也将发挥各自的优势。多样的基因编辑技术将决定产品质量，同时基因编辑工具的不断升级将带来可观的机会。多样的基因编辑技术将决定产品质量，同时基因编辑工具的不断升级将带来可观的机会。尽管在适应症的选择上各企业出现了重叠，但各个企业的基因编辑技术不尽相同。仅以 CRISPR 举例，各管线采用的 gRNA、Cas 蛋白选择均有可观的空间进行升级和创新。例如 Editas 独有的AsCas12a 核酸酶在编辑效率和载荷负担方面展现了一定优势。基因编辑工具的质量将直接影响疗法的有效性和安全性。54 基因编辑工具创新和升级将是行业的核心热点。基因编辑工具创新和升级将是行业的核心热点。目前有部分120、初创企业致力于开拓或升级编辑工具，并已开始取得令人兴奋的进展。例如刘如谦（David Liu）博士的单碱基编辑，规避了 CRISPR 双链断裂（DSB）的要求，只需剪切单链便可完成编辑，降低了引入不可控突变的风险和脱靶风险。刘如谦博士作为创始人的 Prime Medicine，针对慢性肉芽肿病的管线已临近 IND 申请。另一家致力于采用单碱基编辑技术治疗心血管疾病的公司 Verve Therapeutics 的 VERVE-101 已进入临床研究阶段，用于治疗杂合型家族性高胆固醇血症。除此之外，Life Edit Therapeutics 致力于开发不同的编辑工具，其已拥有多种新型的 RNA 121、引导的核酸酶（RNA-guided nuclease，RGN）储备、PAM 序列库、以及碱基编辑器。Metagenomi 通过宏基因组数据和人工智能发掘具有潜力的核酸酶，并探索将其应用于基因编辑治疗的潜力。在近期开展的 ASGCT 会议上，公司汇报了基因编辑工具库以及 CRISPR 相关转座系统（CRISPR associated transposase，CAST）的进展。图表图表 61：Intellia Therapeutics 研发管线研发管线 资料来源：Intellia Therapeutics，中银证券 图表图表 62：CRISPR Therapeutics 研发管线研发管线 资料来源：CRISPR Therapeutics，中银证券 55 图表图表 63：Editas Medicine 研发管线研发管线 资料来源：Editas Medicine，中银证券 图表图表 64：Beam Therapeutics 研发管线研发管线 资料来源：Beam Therapeutics，中银证券