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作者｜Adolf   * 后台回复【 Exa-cel 】可获取本文相关资料！科学走进现实。说了那么多年的基因编辑，这是第一次真正意义上的被医药监管机构认可，我们也算见证历史了。2024年1月16日，CRISPR Therapeutics宣布，美国FDA已经批准其CRISPR/Cas9基因编辑疗法exagamglogene autotemcel（exa-cel，商品名：Casgevy）用于治疗12岁及以上患者的输血依赖性β地中海贫血（TDT）。这是继去年12月其获批用于复发性血管闭塞危象（VOC）镰状细胞病（SCD）后，exa-cel获FDA批准的第2项适应症。早在2023年11月，该产品在英国首次获批上市。Exa-cel（商品名：Casgevy）是什么？怎么设计的？作用机理是什么？今天就让我们一起来深度了解这款人类医药里程碑式的药物！  01  含着“金钥匙”出生的Exa-celExa-cel由CRISPR Therapeutics和Vertex Pharmaceuticals强强联合，共同推出，说它含着“金钥匙”出生一点不为过。Exa-cel最初由CRISPR Therapeutics开发。2015年，CRISPR与Vertex达成战略研究合作，使用CRISPR/cas9基因编辑技术发现和开发新的遗传性疾病治疗方法。根据修订后的协议，Vertex负责exa-cel的全球开发、制造和商业化，并与CRISPR在全球范围内以60/40的比例分摊项目成本和利润。CRISPR Therapeutics成立于2013年，由Emmanuelle Charpentier、Rodger Novak 和 Shaun Foy联合创办，其中Charpentier与另一位科学家Jennifer A. Doudna二人是最早于2012年公开发表CRISPR/Cas9研究成果的两个人，通过在原核细胞上的研究，证明了CRISPR成为新一代基因编辑工具的潜力，后二人因此获得了诺贝尔化学奖。后来，张锋首次将CRISPR/Cas9技术用于动物细胞，三人并称为“CRISPR三剑客”，Charpentier、Doudna和张锋分别创立了CRISPR 、Intellia和Editas。图注：CRISPR Therapeutics大楼Vertex Pharmaceuticals是创立于1989年的美国药企，曾多年深耕于罕见病囊性纤维化。目前该公司的产品销售额绝大部分来自囊性纤维化领域，2021年，全球最畅销的三款治疗囊性纤维化的产品均来自Vertex，分别为Trikafta，Orkambi和Kalydeco,销售额为51.81，7.81和7.29亿美元。2022年该公司全年总销售额89.3亿美元，净利润33.22亿美元，净利润高达37.2%。图注：Vertex Pharmaceuticals大楼  02  两种适应症SCD/TDT的致病机理镰状细胞病（SCD）是全世界最常见的遗传性血红蛋白病，每年的新出生的患儿数量高达300000人。正常的成人血红蛋白 (Haemoglobin Hb) 是一个结构复杂的蛋白，它是由两个α-珠蛋白亚基和两个β-珠蛋白亚基形成的四聚体。β-珠蛋白亚基由HBB 基因编码，当病患的HBB基因第六位氨基酸的密码子携带有A-T突变时，原有的谷氨酰胺 (Glu)会突变成缬氨酸 (Val)。因为疏水性缬氨酸残基具有粘附性，所以会在红细胞中沉淀形成刚性的半固体聚合物，进而导致相应红细胞的镰状化。镰状化会损害红细胞，导致慢性溶血和血管闭塞(VOC)。因此改善血红蛋白、改善VOC是SCD治疗的主要目的。β 地中海贫血(TDT)是指β珠蛋白的合成受部分或完全抑制的一种血红蛋白病。患儿出生时无症状，多于婴儿期发病，出生后3～6 个月内发病者占50%。发病年龄愈早，病情愈重。严重的慢性进行性贫血，需依靠输血维持生命。在人体中，有两个对于珠蛋白合成很重要的基因簇（如图1），α珠蛋白基因簇和β珠蛋白基因簇，其中γ-珠蛋白在胎儿发育的妊娠晚期表达，并与 α-珠蛋白亚基配对形成胎儿血红蛋白 (HbF)。HbF的表达会受到转录因子BCL11A的调控（如图2），在胎儿孕育6-9个月时下降，直至表达停止。与此同时，成人血红蛋白（α -珠蛋白+β-珠蛋白）的表达逐渐上升，进而取代HbF在体内的功能。患有 SCD 的新生儿和婴儿，由于突变仅发生在β-珠蛋白亚基上，因此HbF还是能够发挥正常功能的。只要 HbF 的表达保持在高水平，就不会出现SCD的症状，这也是为什么SCD患儿的症状多在出生后一年内HbF 被镰状珠蛋白取代时才出现。BCL11A是一种含锌指结构的转录因子，可抑制红细胞中的 γ 珠蛋白表达。BCL11A基因发生突变的患者，其HbF 在成年期能够持续高水平表达，因此显著减轻了 SCD 病症。这一遗传学上的现象为Exa-cel的开发，提供了理论的基础。图1 珠蛋白基因组示意图图2 BCL11A 调控HbF表达示意图  03  Exa‑cel是怎么做的？Exa‑cel 是一种细胞治疗药物，由经过改造的造血干细胞和祖细胞 (hHSPC)组成。改造过程（如图3）：先收集患者自体CD34+ hHSPC，再通过电转的方式将Cas9蛋白与sgRNA递送到hHSPC内，CRISPR复合体会结合在位于BCL11A基因内含子上的红细胞特异性增强子GATA1区域，并切割双链DNA，利用非同源重组（NHEJ）产生indel，破坏该增强子，降低BCL11A在红细胞中的表达水平，从而特异性提高HbF在红细胞中的表达。改造后hHSPC经体外扩大培养，再重新输注到患者体内，从而缓解TDT和SCD症状。图3 Exa‑cel作用机制示意图  04  Exa-cel为何走在前列？在基因编辑这个赛道，CRISPR 、Intellia和Editas三家明星药企均处于世界前列，那么CRISPR公司究竟是如何率先推出全球第一个基因编辑产品的呢？有如下几点原因。4.1 产品设计足够安全众所周知体内基因编辑最大的阻碍是脱靶问题，组织脱靶和基因脱靶都有不可控的一面，因此需要更多的临床试验和长期的安全评估。而Exa‑cel针对CD34+HSPC基因组的编辑过程仅在离体状态中短暂进行，因此当Exa‑cel回输给患者时，细胞中不存在残留的基因编辑活性。4.2 编辑位点细致的考量BCL11A红细胞特异性增强子区域天然就有发生突变的现象，突变携带者HbF表达水平提高、SCD症状减轻，且没有其他的临床表现，是一个安全的编辑位点；编辑的位点位于非编码的内含子上，且距离编码区有25kb以上的距离，因此对BCL11A蛋白本身的功能不会造成影响；编辑的区域为红细胞特异性增强子，因此仅仅会影响BCL11A在红细胞中的表达，对其他的造血细胞例如B细胞HSC等则没有影响；sgRNA的靶序列在基因组中是唯一的，从而实现在设计角度的高特异性。4.3 优异Exa‑cel的临床表现对SCD 疗效的证据来自于关键的 1/2/3 期临床研究CLIMB 121。CLIMB 121是一项多国、单臂、临床1/2/3 期研究，旨在评估Exa‑cel对 12 至 35 岁患有严重 SCD 且反复出现 VOC（血管闭塞危象）的患者进行单剂量治疗的安全性和有效性，该项研究一共入组了44 名受试者。CLIMB 121主要疗效终点是达到 VF12，即在患者进行Exa‑cel 输注后 12 个月内没有发生sVOC的受试者比例。次要疗效终点（HF12）是在Exa‑cel 输注后12个月内，受试者中不再因 sVOC 住院的受试者在总给药人数中的占比。而第三个次要疗效终点，则包括达到VF12的患者中未出现sVOC的持续时间、未达到VF12患者中sVOC年化率的降低水平，以及HbF≥20%的受试者比例。图4 Exa‑cel临床效果统计从结果来看（图4），在可评估疗效的 30 名受试者中，有29 名(96.7%) 达到了 VF12 的主要疗效终点。在达到 VF12 的 29 名受试者中，28 名受试者的不因sVOC 住院平均持续时间为22.3 (SD 7.2) 个月，最长为 45.5 个月。所有 30 名(100%) 可评估受试者均达到了 HF12。图5 Exa‑cel药效学统计临床疗效终点同样也得到药效学终点的支持（如图5）。在Exa‑cel输注后，患者体内观察到高比例的HbF 阳性细胞 (≥ 90%)，且F 细胞的比例与HbF 的表达保持持续增长。在 4 年随访期间，F 细胞比例的平均值从第 6 个月起≥ 93%，从第 12 个月起≥ 96%。与HbF 表达的增加相一致，患者自Exa‑cel输注后 12个月开开始不再需要接受任何因 SCD 相关指征引起的红细胞输注治疗，红细胞输注量较基线减少了 100%。而在基线时，患者接受的红细胞输注量每年平均为 8.4 (14.9) 单位。图6 骨髓和外周血中BCL11A基因的编辑效率此外，骨髓和外周血中BCL11A基因的编辑是稳定的。在SCD 受试者中，从第 2 个月到第 42 个月，骨髓 CD34+ 细胞的基因平均编辑率≥80%，外周血中CD34+细胞的基因编辑率≥70%。在第12 个月和第 24 个月时，骨髓细胞基因组编辑比例最低的患者也达到了 VF12 的主要终点。稳定、持久的基因编辑与稳定、持久的 HbF 表达是相一致的，这表明消除病患 VOC 这一临床收益也将是稳定、持久的。对TDT的疗效的证据来自于另一项临床研究NCT05477563。该研究招募52名患有TDT且需要常规输血来维持生命的病人，年龄在12-35岁。从临床研究结果来看，35名接受Exa‑cel输注的患者中有32名（91.4%）在12个月内无需进行输血，而且平均总血红蛋白和胎儿血红蛋白水平均显著提高，而且长期维持较高水平（如图7）。图7 总血红蛋白和胎儿血红蛋白水平4.4 TDT/ SCD缺乏有效的治疗手段目前的治疗手段有三种。一是服用羟基脲，羟基脲是一种核糖核苷酸还原酶抑制剂，它原本是化疗药物，用于治疗慢性粒细胞白血病、骨髓增生性疾病等适应症。但由于羟基脲的安全性和增加HbF表达等生理功能，该药物被大量使用于治疗镰状细胞病，可以显著降低患者血管闭塞的发生率、病患的住院率和死亡率。二是输血，输血是治疗和预防镰状细胞病及其并发症的重要手段，这种疗法主要是通过输注健康人的血液或者健康人的红细胞，来降低镰状红细胞的比例，从而改善微血管的血流供应，降低内皮损伤和炎症损伤相关的风险。但随着持续输血，铁过载会不可避免地会发生，并可能导致心脏和肝脏的衰竭以及多种并发症。三是造血干细胞移植，造血干细胞移植是目前唯一可以治愈镰状细胞病的方法，来自于健康供体的造血干细胞可以分化为含有正常血红蛋白的红细胞，但这种疗法由于缺乏合适的供体而受到严重的限制。这三种治疗手段，不管是服用羟基脲还是输血，都是治标不治本，需要长期且频繁的接受治疗，而造血干细胞移植又受到供体的严格限制。所以，Exa‑cel作为一种一次性单剂量细胞治疗药物应运而生，它的出现及时又合理。参考资料：[1]Gregory J. Kato, Frédéric B. Piel, Clarice D. Reid. Sickle cell disease. Nature (2018) 18010.[2]Frangoul, H, D Altshuler, MD Cappellini, et al. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. N Engl J Med. 2021[3] Wang L, Li L, Ma Y, Hu H, et al. Reactivation of γ-globin Expression through Cas9 or Base Editor to Treat β-Hemoglobinopathies. Cell Research. 2020[4]https://www.fda.gov/advisory-committees/advisory-committee-calendar/cellular-tissue-and-gene-therapies-advisory-committee-october-31-2023-meeting-announcement-10312023#event-materials[5] https://www.fda.gov/media/173472/download[6] https://www.casgevy.com/sickle-cell-disease/study-results[7] https://www.casgevy.com/beta-thalassemia/study-information  2024活动预告  6月13-14日，十年一药，日出东方！BiG十周年  关键词：  源头创新与转化、创新技术平台（PROTAC/分子胶；双抗ADC；小核酸药物；AI+大分子）、临床研究&国际化开发策略（肿瘤/CNS/自免/代谢疾病领域）▼关于BiGBiomedical Innovation Group2014年2月，一个专业机构：BiG生物医药创新社（Biomedical Innovation Group）在充满药味的上海张江应运而生，伴随着中国新药的黄金十载，BiG以“开放、民主、平等“的精神为宗旨，旨在为中国生物医药行业的发展创造一个滋养原创的生态环境。共建Biomedical创新生态圈！如何加入BiG会员？

无论是big parma还是biotech，砸钱做研发是每家药企都必须会做的事，但其中的先后次序、轻重缓急，是一门学问。在创新药领域，前期数据亮眼，后期翻车的故事屡见不鲜；而如何通过一系列运作，将一手烂牌打好的故事，也不少见。艾尔建眼科药物ALPHAGAN研发迭代的故事，可能是关于后者最好的诠释之一。众所周知，创新药的竞争，本质是专利竞争。专利保护了相应的分子结构（化学药）或是氨基酸序列结构（生物药），使得其他药企在专利保护期内不能仿制，从而获得高额回报。而ALPHAGAN上市之初，溴莫尼定的核心化合物专利已经到期，仅有5年的新化合物实体独占期。一款如此“短命”的产品，显然与艾尔建10年的投入，不成正比。但是，医学的未来是没有剧本的。一个被放弃的分子，在艾尔建手里起死回生；一款“短命”的产品，也有可能继续逆袭。产品上市之后，艾尔建又通过10余年的持续研发、四次产品迭代以及一系列的专利布局，将ALPHAGAN发展成其眼科药物当家花旦：在上市20年后，依旧能为艾尔建贡献5亿美元的销售额，2016年至今累计创收就已超百亿人民币。/ 01 /一个被放弃的分子ALPHAGAN的故事，要从上世纪60年代说起。Warner-Lambert（后被辉瑞收购）开发了一种新的肾上腺素α2-受体激动剂，溴莫尼定，并对它在治疗高血压类疾病方面的效果寄以厚望。肾上腺素受体分为α受体和β受体，α受体又分为α1受体和α2受体。其中，α2受体广泛存在于神经突触前膜，兴奋时可反馈性减少去甲肾上腺素的释放，起到与肾上腺素受体抑制剂相同的作用。但在后续10多年的实验研究中，溴莫尼定的表现总是令人失望。屡屡受挫的Warner-Lambert，在1985年前后决定放弃这个项目，以发表文章、公布实验结果的方式，为溴莫尼定画上一个句号。在这一文章中，被公开的还包括溴莫尼定可用于治疗眼部疾病的潜在可能。靠滴眼液起家的艾尔建，当时正在寻找能用于治疗青光眼的新化合物。眼内压升高是青光眼的主要症状，艾尔建的科学家看到Warner-Lambert发表的文章后，非常兴奋，认为溴莫尼定也许能够作为降低眼内压的滴眼药来局部使用。一直以来，对于青光眼的治疗主要是以降眼压为主，使视神经免受进一步损害。眼内的一些受体和酶是青光眼药物的作用对象，如肾上腺素受体、胆碱受体等。其中，肾上腺素受体在眼内分布广泛，存在于角膜、虹膜、泪腺等组织中。溴莫尼定作为选择性α2受体激动药，通过兴奋突触前α2受体，负反馈引起肾上腺素释放减少，能够抑制房水的生成和增加葡萄膜、巩膜外流，进而达到降眼压效果。尽管当时溴莫尼定的化合物专利保护期已经过半，但可能是出于对该化合物成药性的信心，艾尔建首先做的事情就是从Warner-Lambert手中购得专利独占许可权。但是，尽管有Warner-Lambert先前的研究基础，艾尔建仍然用了近10年的时间，才开发出一种眼用制剂ALPHAGAN，其中包含0.2%的酒石酸溴莫尼定作为活性成分。1996年9月，FDA批准ALPHAGAN作为滴眼液用于治疗青光眼。就这样，一个被放弃的分子，在艾尔建手里起死回生。但艾尔建却高兴不起来，因为溴莫尼定的化合物专利早在3年前，也就是1993年就已经过期。也就是说，ALPHAGAN上市之初，是一个没有专利保护的新药，其新手保护期只有新化合物实体（NCE）的5年独占期。在ALPHAGAN获批的5年内，FDA不能接受他人针对同个药物活性成分（即酒石酸溴莫尼定）的报批申请。但5年的市场独占期，对于艾尔建投入的时间与财力来说，显得过于微不足道。在这一背景下，艾尔建开启了一场关于产品迭代的自救及专利大作战。/ 02 /一场教科书式的自救任何一款新药都不可能是完美的，都是不断寻找疗效与安全性的平衡。面对ALPHAGAN的困境，艾尔建决定继续投入研究，在仿制药进入之前，对ALPHAGAN进行迭代升级，与此同时，寻求有效的专利保护。由此，一场长达10年的产品迭代研究开始了。在第一代ALPHAGAN中，一个不可忽视的问题在于，部分患者会对药物产生过敏反应。于是，艾尔建的第二代ALPHAGAN针对的便是这一痛点。2001年，改进后的第二代产品ALPHAGAN-P（0.15%）获得FDA批准上市。表面看，其与第一代产品相比，只是将活性成分酒石酸溴莫尼定的浓度，从0.2%降低至0.15%，但实际上，并非如此简单。二代产品使用羧甲基纤维素作为增溶剂来替代环糊精，并使用了一种新型防腐剂，稳定性二氧化氯。相比第一代产品，配方的改变，使得两代产品治疗效果相当，但ALPHAGAN-P（0.15%）却显著减轻了过敏的副作用。也正因此，ALPHAGAN-P（0.15%）一经上市并大卖，在上市后的2年时间里几乎占领了全部市场。更重要的是，艾尔建围绕ALPHAGAN-P（0.15%）进行了一系列的专利布局。基于后续的研究，艾尔建还递交了两个针对新用途的专利申请，分别涉及用溴莫尼定来保护视神经，以及用溴莫尼定来保护神经系统的用途和方法。而由于没有核心专利的保护，仿制药企早早便盯上了ALPHAGAN。2001年，有两家仿制药企，在ALPHAGAN独占期到期前一年就提交了ANDA申请，希望仿制ALPHAGAN。两年后，艾尔建在专利诉讼中败了下来，第一代ALPHAGAN的仿制药获批上市，但销售惨淡，因为艾尔建推出了更成功的二代产品。尽管二代产品商业化大获成功，2005年销售额已超3.5亿美元，也有了系列专利保护，但艾尔建并没有停下ALPHAGAN的迭代研究。艾尔建将酒石酸溴莫尼定的浓度进一步降低至0.1%，并于2005年获批上市。围绕第三代产品ALPHAGAN-P（0.1%），艾尔建同样进行了一系列新专利申请。比如新专利之一，保护的是一种降低眼内压的水溶性眼用组合物，即三代产品ALPHAGAN-P如何在实现活性成分含量降至0.1%，疗效维持不变的同时，副作用大大降低。继二代、三代产品的迭代升级，艾尔建还开发了包含溴莫尼定和噻吗洛尔两种活性成分的组合产品，这也可以看作是艾尔建围绕ALPHAGAN开发的第四代产品COMBIGAN（0.2%/0.5%），2007年获得FDA批准上市。这一次，艾尔建同样布局了多件专利，包括组合物本身及用药剂量等。新产品的推出和商业成功，不可避免地带来了新的挑战。但艾尔建通过其专利布局，扛住了山德士等仿制药企的一次次进攻。ALPHAGAN/COMBIGAN也由此成为艾尔建的眼科当家花旦。/ 03 /来自艾尔建的启示回看ALPHAGAN的发展历程，科学家的工作尤为重要，首先要想到把一个失败的抗高血压药物拿来治疗青光眼，之后再开发出意料不到的剂量和各个组合物。与此同时，药企如何通过专利保护，最大化自己的药物价值也颇为重要。1996年至2007年，11年间，ALPHAGAN/COMBIGAN逐渐发展壮大成为一个包括多款热销药品的眼科药物组合，且拥有20多件专利。也正因此，虽然错失核心化合物专利的保护，但艾尔建从组合物、配方、用药剂量等多个角度，对溴莫尼定系列产品设置了层层外围专利保护，经受住了一次次专利挑战和诉讼的考验。在上市20年后，依旧能为艾尔建贡献5亿美元的销售额。根据财报，2016年至今销售额接近40亿美元，一直是艾尔建的第二大眼科药品。在这个过程中，甚至不能放过任何对自己有利的条款，哪怕看上去作用并不大。比如，在第一代ALPHAGAN产品最初获批上市时，艾尔建还在NCE独占期基础之上，获得了儿科用药（PED）独占期，现有独占权期延长6个月。由此，将ALPHAGAN的NCE独占期延长至5.5年。看似仅仅半年的时间，也为艾尔建二代产品的推出赢得了宝贵的时间。这也提醒药企，钻研创新研发的同时，还要充分利用多项专利权以及专利权与非专利独占期的多重保护。实际上，艾尔建与ALPHAGAN的故事，更是体现了创新的重要性。而这种创新，不单单是从0到1的突破性创新，还要持续自我迭代，永远领先对手一步。福泰制药贵为千亿美金的Biopharma背后，本质也是其在历经失败之后，抓住囊性纤维化机会，疯狂迭代产品，革自己的命。作为囊性纤维化治疗领域的拓荒者，福泰制药同时也是颠覆者。首个治疗药物Kalydeco的成功后，其并没有止步于此，而是不断进行迭代，以保证更多更具竞争力的产品不断脱颖而出，疗效提升的同时，患者覆盖范围也不断扩大。无论是福泰制药这一千亿Biopharma的养成秘诀，还是艾尔建与ALPHAGAN的逆袭故事，都可以概括为一句话，在被别人颠覆前，先颠覆自己。这也体现了创新药研发的艰辛，即使经历九死一生成功上市，也不能一劳永逸地坐享收益，而是必须不断突破和持续创新。当然，ALPHAGAN的故事，也充分展现了创新的学问之精深。即使最初上市的产品没有任何专利保护，但后续进行积极的产品生命周期管理，加快产品迭代的步伐，辅以一系列新专利布局，也有可能将原本“短命”的产品变成称霸多年的销售明星。文／武月免责声明“药渡”公众号所转载该篇文章来源于其他公众号平台，主要目的在于分享行业相关知识，传递当前最新资讯。图片、文章版权均属于原作者所有，如有侵权，请及时告知，我们会在24小时内删除相关信息。微信公众号的推送规则又双叒叕改啦，如果您不点个“在看”或者没设为"星标"，我们可能就消散在茫茫文海之中~点这里，千万不要错过药渡的最新消息哦！👇👇