今日大话：基因编辑大咖David Liu

2024-04-11

基因疗法疫苗核酸药物信使RNA

作者｜文心对基因编辑领域大咖、现年51岁的刘如谦（David Liu）来说，有一个好消息和一个坏消息。刘如谦（David Liu）好消息是他与基因编辑先驱 J Keith Young 教授联合创立的新公司Nvelop Therapeutics在周二正式宣布，将计划基于两种经过体内验证的可编程非病毒载体递送平台，开发下一代基因药物。此前该公司一直处于隐身状态，但已完成了来自Newpath Partners、Atlas venture、F-Prime capital和5AM Ventures等著名生命科学风投公司的1亿美元的种子轮融资。这次公开宣布了自己的愿景，向市场抛出橄榄枝，无疑会更多吸引投资人和业内公司的关注。坏消息是，即使连续的创业成功带来了巨量财富，刘如谦也无法在赌城拉斯维加斯继续玩自己心爱的21点纸牌了——因为在29岁那年赌技表现的过于精湛，他已经被拉斯维加斯永久性拉黑。刘如谦的前半生岁月，颇有几分“天才少年”的意味：21岁，刘如谦在哈佛大学1994届1,641名学生中以第一名的身份从哈佛大学毕业；32岁，成为顶级高校哈佛大学的正教授。同时他也是连续成功创业的学术奇才，最受欢迎的哈佛讲师，顾家的好丈夫，被米高梅赌场拉黑的21点纸牌玩家，飞行器和乐高的骨灰级爱好者…有着诸多标签傍身的刘如谦不禁让人好奇他有着怎样的人生经历和传奇的职业生涯？还是先把目光拉回到那个好消息上来。 01 Nvelop Therapeutics——研发基因治疗中递送药物的“货运卡车”在基因编辑技术领域，哈佛大学教授刘如谦和其实验室曾做出不少突破性成果。2016年，他开发出单碱基编辑（Base editing）技术，并在2017年当选《自然》十大科学人物；2019年，刘如谦再推出先导基因编辑（Prime editing），又一次刷新了外界对于基因编辑的认知。其中，先导编辑器更是成为近年来最受瞩目的基因编辑技术之一。先导编辑可以精确安装基因组替换，插入和删除在生命系统中。然而，货物有了，却缺少安全有效递送货物的“交通工具”，高效地在体外和体内递送先导编辑组件仍然是一个挑战。基于此，Nvelop Therapeutics于2022年创立，致力于解决长期困扰基因治疗领域的难题——如何才能最好地将基因药物安全有效地递送给患者。目前，全球已经开发出来的两大类可递送技术，都可以递送像基因编辑蛋白那样的大分子载体。一是利用病毒载体，利用一些病毒能够进入生物体的能力，来移除病毒本身的基因，将其取代为基因编辑蛋白的 DNA，让基因编辑蛋白在递送后，可以在细胞内表达并编辑相应的基因，病毒载体以慢病毒（LV）和腺相关病毒（AAV）为主；二是利用非病毒载体，最具有代表性便是已被广泛用于mRNA疫苗的脂质纳米颗粒（LNP）。但是，病毒型载体和非病毒型载体，各有各的优缺点。病毒型载体，往往可以实现高效的递送，但是由于可递送的 DNA 大小，受限于病毒本身的基因大小，因此大分子蛋白往往要被一分为二，只有这样才能载入到两个载体中进行递送。而且当把基因编辑器以 DNA 形式递送之后，会长期在细胞内表达，因此可能会产生一些副作用，比如具有潜在致癌风险。另一种是非病毒型载体，主要采用 mRNA 形式或蛋白形式来递送基因编辑器，在体内的稳定性不足，体内递送效率差、载药效率低，易在肝脏富集，对肝外器官或细胞靶向性弱。比如在肝以外的器官之中当前固体脂质纳米粒技术的递送效率并不乐观。因此，仍然需要一个新的载体，它不仅可以有效地递送大分子蛋白，而且没有大小的限制，最好能以短期内可自然分解的 mRNA、或蛋白的形式递送，并且可以高效递送到器官中。两年之前，刘如谦团队开发了病毒样颗粒（eVLP，engineered virus-like particle）来递送碱基编辑器。病毒样颗粒，是一个类似病毒的载体，它具有病毒的外核，但是不包含病毒的基因，同时可以载入 mRNA 和蛋白，并能有效地递送到细胞内。可以说，eVLP 结合了病毒类和非病毒类的优点，并排除了它们各自的缺点，因此是一个非常理想的基因编辑器载体。2024年1月8日，博德研究所刘如谦团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“Engineered virus-like particles for transient delivery of prime editor ribonucleoprotein complexes in vivo”的研究论文，这种无DNA组分的工程化类病毒颗粒（Engineered virus-like particles，eVLP），能够克服体外和体内递送的多个瓶颈。该研究使用优化的eVLP将先导编辑器（Prime Editor）以RNP形式递送到眼睛，在遗传性失明小鼠模型中实现了体内碱基编辑并恢复了部分视觉功能。该研究开发的第四代eVLP，可以有效包装和递送碱基编辑器（base editor）和CRISPR-Cas9的核糖核蛋白（RNP）形式，递送RNP形式，相比直接递送核酸，更具安全性优势。先导编辑器（Prime Editor）相比碱基编辑器（Base Editor）和CRISPR-Cas9，要大上不少，该研究进一步证实了eVLP在递送尺寸更大的基因药物的可行性。此外，优化的eVLP还能减少先导编辑的脱靶编辑、避免基因整合带来的潜在致癌性，增强了先导编辑的安全性。 02 7家公司：3家上市、1家倒闭上述内容正是Nvelop Therapeutics公司的立身之本，也是其能够在种子轮融资1亿美元的底气。然而这却并不是刘如谦创业史的全部。除了Nvelop Therapeutics，刘如谦还创立过其他6家公司，而其中3家已经成功上市，并且在业内赫赫有名：Editas Medicine Editas Medicine是由刘如谦、张锋等共同创立的一家基因编辑公司，旨在开发基于CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a基因组编辑系统的基因编辑疗法，其产品管线在体内和体外基因编辑领域均有涉猎。2016年Editas在纳斯达克上市，是第一家上市的CRISPR基因编辑公司。Editas Medicine的体外基因编辑疗法EDIT-301已进入临床试验阶段，2023年6月，Editas Medicine宣布了EDIT-301的初步安全性和疗效的积极数据。Beam Therapeutics Beam Therapeutics于2017年创立，创始人中有刘如谦、张锋、J. Keith Joung 这三位基因编辑领域的顶尖人物。2018年5月公司宣布完成A轮融资共8700万美元，2019年3月完成B轮融资共1.35亿美元。成立时间不到三年，该公司就成功在纳斯达克上市，是首家上市的碱基编辑技术公司。Beam的核心技术是单碱基编辑技术，该技术无需切断DNA或RNA，能精准定位、直接编辑基因组中单个碱基，从而治疗由单个基因点突变导致的遗传疾病。目前，Beam Therapeutics已经建立了十余个项目的产品管线，针对的适应症包括β地中海贫血、镰状细胞贫血症，急性淋巴细胞白血病（ALL）、急性髓系白血病（AML）、糖原贮积病等。Prime Medicine Prime Medicine于2019年9月13日成立，刘如谦和Andrew Anzalone为共同创始人。2021年7月，Prime Medicine正式走出隐身模式，并宣布已完成3.15亿美元融资，以推动其独特的先导编辑（Prime Editor）技术发展，该技术旨在通过精确的基因修复，为遗传病患者提供持久治疗。Prime Medicine在体内和体外基因编辑领域都有管线布局，适应症覆盖了血液病、肝病、肺病、眼科等多个疾病领域，但大多处于早期开发阶段。2022年10月13日，下一代基因编辑公司 Prime Medicine 宣布将在纳斯达克上市，成为刘如谦继 Editas Medicine 和 Beam Therapeutis 后，参与创立的第三家生物技术上市公司。这三家公司，分别代表了三种不同的基因编辑技术，Editas 基于 CRSIPR-Cas9 基因编辑，Beam 基于单碱基编辑，Prime 基于先导编辑。而文章开头提到的Nvelop Therapeutics则代表了递送途径。刘如谦的“商业版图”和学术逻辑通过这几家公司形成了闭环。Pairwise PlantsPairwise Plants公司成立于2017年初，是一家农业科技技术服务商，致力于利用植物的自然遗传多样性开发新型的基因编辑工具。Pairwise基于领先的研究组织所授权的基因编辑技术，打造出一套独一无二的作物性状开发平台。其正在利用其尖端技术打破行业壁垒，将向市场推出营养丰富的果蔬新品，促进人们对新鲜农产品的消费。ChromaChroma成立于2021年11月，以1.25亿美元的A轮融资启动，并在2023年3月宣布完成1.35亿美元B轮融资。Chroma致力于开发基于CRISPR的表观遗传编辑技术，并将其应用于疾病治疗。在2023年美国基因与细胞治疗学会（ASGCT）第26届年会上Chroma 表示，其在人源化小鼠模型中进行的临床前研究显示，其优化的表观遗传编辑器可以实现hPCSK9的几乎完全沉默，并且具有高效率、持久性和特异性。Resonance MedicineResonance成立于2021年，技术团队由刘如谦、其实验室成员Travis Blum、哈佛大学教授Min Dong、加州大学旧金山分校研究员Jim Wells组成。该公司计划通过重编程蛋白酶的特异性，变革与蛋白质相关疾病的治疗。其依赖的噬菌体辅助持续进化技术（Phage-assisted continuous evolution，PACE）来自2021年刘如谦团队和董民团队在Science上发表的一项研究，他们利用噬菌体辅助的持续演化系统对肉毒素的蛋白酶做了定向进化，首次实现了彻底改变毒素蛋白酶底物特异性，创造出新的毒素突变体可以在神经细胞里特异性切割对神经再生起阻碍作用的重要药物靶点蛋白（磷酸酯酶与张力蛋白同源物，PTEN）。该项工作也首次建立了一套完整的蛋白酶定向进化方法。Resonance Medicine，专注于开发重编程蛋白切割酶，一直都比较低调，直到2023年4月份首次公开亮相，但让人完全想不到是，8个月后，也就是2023年12月就宣布倒闭。这家初创公司筹集了超过5000万美元的资金，得到了Atlas Venture、ARCH Venture Partners、F-Prime Capital、GV和Newpath Partners的支持，所以应该不是医药市场寒冬造成的，那原因是什么呢？从科学层面来讲，Resonance的技术非常有前途，但转为临床应用，并不是一帆风顺，可能仍是技术层面难题尚未突破，所以，运行仅仅两年，Resonance便选择及时止损，大概率是公司管理层对技术转化难度的综合考虑结果，也许未来时机成熟，该项技术会再次得到运用。图注：噬菌体辅助连续进化示意图（PACE）那么有着如此传奇职业经历的刘如谦有着怎样的人生经历呢？ 03 化学尖子生，哈佛好教师，扑克发烧友：刘如谦的早年生涯刘如谦出生于1973年的加利福尼亚州，父母原籍中国台湾，他的父亲是一名航空航天工程师，母亲是加州大学河滨分校的物理学教授。在如此浓厚学术氛围的家庭中长大，他的父母却从未强迫他或他现在是一名医生的妹妹从事科学事业。作为土生土长的南加州人，刘如谦对科学的兴趣从小就萌芽于郊区后院的虫子和杂草中。后来，他的业余兴趣从植物学和昆虫学转向化学，通过混合家用化合物，试图“炸毁东西”。小苏打和醋的组合一直是他的最爱。“我相信大多数孩子对科学有着内在的兴趣，这是对周围世界的好奇心使然，”他说。“我在做实验时，并没有意识到我正在做的可以称作实验。因此在我知道化学是什么之前，就已经对化学产生了兴趣。” 从小到大，刘如谦都被视为是个天才。1990高中的时候，参加全国西屋科学人才探索（Regeneron Science Talent Search）竞赛，这个竞赛被认为是美国历史最悠久、最知名的科学竞赛，参赛选手中出了13位诺贝尔奖得主，2位菲尔茨得主，11位国家科学奖章得主以及20位麦克阿瑟奖学金获得者。当时，David Liu获得了第2名。那年晚些时候，作为哈佛大学的一名大一新生，刘如谦起先认为自己会攻读物理学位，但由于意识到自己“物理不是很好”，这一愿望很快就破灭了。但他对化学的热情很快在有机化学课程中点燃，这些课程由仍在哈佛大学任教的Stuart Schreiber和Gregory Verdine，以及现在匹兹堡大学任教的Joseph Grabowski教授讲授。Grabowsky帮助刘如谦在E.J.Corey的实验室获得了一个研究职位——他现在是化学和化学生物学的名誉教授——刘如谦在那里刘研究了2,3-氧化二烯环化酶，这是类固醇生物合成的一种关键酶。在哈佛大学1994届1,641名学生中以排名第一的成绩毕业后，刘如谦收到了加州大学伯克利分校的录取通知书，并在1999年获得有机化学博士学位。在伯克利分校的这段时间，刘如谦师从美国著名的化学家Peter G. Schultz。也是在伯克利，他遇到了他的妻子Julie（她现在是一名药物化学家，在一家制药公司工作）。这对夫妇于1999年搬回东部，当时刘如谦完成了博士学位，并被任命为哈佛大学化学和生物学的助理教授。加盟哈佛大学后，David Liu便开启了超乎寻常的晋升速度。2003年晋升为副教授，2005年年仅32岁时便晋升为正教授，2007年，他被授予“哈佛大学教授”（Harvard College Professor）的荣誉称号，旨在表彰那些在本科教学和指导方面表现出卓越成就的教师。这一时期David Liu之所以能够晋升如此迅速，除了学术上的造诣外，可能得益于他在本科教学方面的出色表现。从2005年开始，由他讲学的入门生命科学课程成为哈佛参与人数最多的自然科学课程。有关刘如谦还有一个趣事：29岁时，他被禁止进入所有米高梅大酒店，因为他在米高梅赌场二十一点赌桌上玩了数千手牌，赢了太多钱。“我只是想赚足够的钱给我的妻子买一对耳环。”这位化学和生物化学终身教授解释说。刘如谦在哈佛大学读本科时就热衷于二十一点纸牌，深入研究二十一点的数学，编写计算机程序，甚至在哈佛低年级新生中教授一门关于纸牌游戏的课程。 “从本质上讲，你需要按照适当的规律，用同样的技巧来玩二十一点，把注意力集中在快速但简单的数学策略上。” 刘如谦说。这也许解释了他能够连续成功创业的关键所在，那就是不断复制之前成功的案例：技术突破，发表高分文章，将科学理论转化生产力。这套产学研的转换，现实中已经在他手中被做的炉火纯青。也许医药行业情况与纸牌博弈有一些异曲同工之处：无法预料的临床结果，多数失败的临床试验，经年累月的大笔投入。下注还是弃牌，是每家医药公司所思量之事。“从长远来看，你赢的牌永远不会多于输的牌，但当你更有可能赢的时候，你需要通过多下注来更多的赢钱。”而现在牌局已经摊开，刘如谦拿出了Nvelop Therapeutics，正等待医药行业的下注。主要参考文献 In lab, Liu uses DNA to guide synthesis of chemical compoundsDavid Liu named one of Nature's "Ten People Who Mattered This Year"Two ex-bluebird leaders launch Nvelop with $100M to tackle the biggest problem in gene editingMeet our alumni: David LiuBanskota, S., Raguram, A., Suh, S. et al. (2022) Engineered virus-like particles for efficient in vivo delivery of therapeutic proteins. Cell, 185(2), 250-265 e216.An, M., Raguram, A., Du, S.W.et al. Engineered virus-like particles for transient delivery of prime editor ribonucleoprotein complexes in vivo. Nat Biotechnol (2024).刘如谦创办的7家公司盘点，基因治疗、细胞治疗、递送技术齐发力医麦客32岁成为哈佛大学正教授、曾一度被赌场拉入黑名单，如今他正引领基因编辑2.0时代深究科学2024年首篇！刘如谦团队合作取得新进展 iNature估值17亿美元，刘如谦的先导编辑公司募资1.5亿美元上市生物世界共建Biomedical创新生态圈！如何加入BiG会员？