十年过去，生物技术领域的CRISPR革命依然势头强劲

十年前发表的一篇研究论文引发了一场生物医学革命，这场革命成就了职业生涯，催生了众多公司，并吸引了数十亿美元的投资。到今年年底，该论文所描述的基因编辑技术可能会获得美国食品药品监督管理局的批准，成为治疗镰状细胞病的一种强大新疗法的一部分。

如今， 这项诺贝尔奖级别的科学成果——CRISPR基因编辑技术，正处于生物技术行业最新“大爆炸”的核心。它适应性强且高效，使学术科学家和药物初创公司都能轻松实现DNA的精准修改。

自2012年詹妮弗·杜德纳和埃马纽埃尔·沙尔庞捷的研究 发表在《科学》杂志上以来，已有十多家生物技术公司迅速崛起，利用她们及其他科学家所开辟的可能性大展拳脚。

这一新生代加入了早期采用者CRISPR Therapeutics、Editas Medicine和Intellia Therapeutics的行列，通过多种变体和改进来优化最初的CRISPR技术。它们还将目标瞄准了更广泛的疾病，从 肌萎缩侧索硬化症 到 心脏病.

许多公司由加州大学伯克利分校以及麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的实验室培养的科学家和博士后研究人员领导或聘用，这些学术机构与CRISPR基因编辑研究联系最为紧密。

这一研究人才的外流反映了生命科学领域更广泛的趋势。据布罗德研究所成员、CRISPR领域的先驱专家张锋介绍，学术界与产业界之间的界限比以往更加“融合”。

“门是双向敞开的，”张说。“我们需要人才流动尽可能畅通无阻”，以加速CRISPR研究。

而且，正如CRISPR之前新药制造技术所经历的那样，大型制药公司已经介入，押注于这项技术的潜力。

“大型制药公司正在认识到这有可能成为医学的未来，”Scribe Therapeutics的联合创始人兼首席执行官Benjamin Oakes表示。该公司是一家早期CRISPR药物开发商，目前正与 礼来 和 赛诺菲.

合作。这一未来的首次瞥见可能出现在12月初，届时 FDA将决定是否批准 那种镰状细胞病疗法，该疗法名为exa-cel，由CRISPR Therapeutics和Vertex Pharmaceuticals开发。

一家生物技术基金会

常被比作一把基因剪刀， 最简单的CRISPR编辑 仅涉及几个专门组件。一条工程化RNA带作为向导，将编辑机制引导至细胞中对应的DNA片段。如果序列匹配，一种名为Cas9的酶会在该精确位置切断DNA双螺旋。

当这种情况发生时，细胞会启动修复双链DNA断裂的机制。这一过程可能使相关基因失活——这对于治疗由有害蛋白质产生引起的疾病非常有用。研究人员还可以利用Cas9造成的切割，通过将编辑复合物与DNA模板配对，来修正目标基因或插入新基因。

Exa-cel是Vertex和CRISPR Therapeutics公司开发的药物，采用的是前一种方法。患者的自体干细胞被采集并在实验室中分离，在那里使用CRISPR/Cas9切割名为BCL11A的基因的特定片段。

这种干扰使得细胞在重新输回患者体内后，能够产生高水平的胎儿血红蛋白——一种携带氧气的蛋白质，人体在婴儿期后不久便会停止制造它。高水平的胎儿血红蛋白被认为可以对抗该疾病特征性的红细胞镰变，而这种镰变正是症状的根源。

在CRISPR出现之前，基因编辑仅限于锌指核酸酶和转录激活因子样效应蛋白（即TALEN）等较老的技术。

锌指核酸酶是 酶 ，也能切割特定的基因序列，而基于TALEN的编辑则使用同名的蛋白质来完成这项工作。但这两种方法 生产成本高昂且耗时 ，并且缺乏CRISPR的特异性。

“CRISPR革命来得正是时候，”Life Edit Therapeutics首席执行官、曾开发与exa-cel竞争性镰状细胞病疗法的Bluebird bio前首席科学官Mitch Finer表示。“它只是一个蛋白质，你所要做的就是更换引导RNA。这就是它如此吸引人的原因。”

Doudna和Charpentier的论文，以及张锋和其他人的研究，促使三家专注于将CRISPR科学转化为新药的公司迅速成立。

Charpentier于2013年与风险投资家Shaun Foy和曾任赛诺菲高管的Rodger Novak共同创立了CRISPR Therapeutics。大约在同一时期，Doudna加入了该领域的其他顶尖科学家，包括张锋、George Church、David Liu和Keith Joung，共同创立了Editas Medicine。

但Doudna于2014年退出Editas，因为联合创始人之间 就谁拥有CRISPR/Cas9的知识产权 展开了争夺。她后来与Atlas Venture和她几年前创立的Caribou Biosciences合作，共同创立了 Intellia Therapeutics。

据Novak称，学术创新为生物技术领域的CRISPR革命提供了必要的火花，尤其是它与信使RNA和更便宜的基因测序等其他技术的兴起同步出现。

“从技术角度来看，当时地平线上已经出现了一些曙光，各方面进展相对顺利地汇聚在一起，”他最近在接受BioPharma Dive采访时表示。

CRISPR Therapeutics、Intellia和Editas推动了CRISPR向临床应用的转化，在该领域取得了多项首创性成就。 Exa-cel例如，就成为了第一种用该技术制造 并在生物技术试验中用于人体测试的药物。而在2021年，Intellia证明了 CRISPR可以在“体内”发挥作用”，即直接在人体内部而非通过提取细胞进行操作。

但他们也遇到了困难。进展最大的是在眼部和血液的罕见疾病领域，这些身体部位相对更容易触及——这也决定了各公司最初瞄准的病症方向。CRISPR/Cas9倾向于切断DNA双链，因此并非解决所有类型基因突变的最佳工具，这也推动了其他方法的研究。

新方向

随着基因编辑研究的深入，科学家们发现了不同的DNA编辑技术以及其他CRISPR相关酶来完成这项工作。

他们的发现催生了一系列关于如何改进CRISPR并使其更精准的学术文献。张锋及与他合作的研究人员在Broad研究所研究了 Cas12 和 Cas13。Joung在马萨诸塞总医院的实验室中， 改造了CRISPR/Cas9系统 以更好地避免脱靶效应。刘如谦及其团队分别于2016年和2019年发表了关于 碱基编辑 和 先导编辑的开创性论文，这些方法提供了在不切断DNA双链的情况下编辑单个核苷酸的途径。

“我们现在拥有了更多能力，因此可以为我们要治疗的疾病选择最佳的工具，”张锋说。

他将这些进展比作一个更大的工具箱，里面装有适合特定工作的工具。“如果你的房子没有水，是管道出了问题，而你不去修理管道，而是从别处取水——这就是当前镰状细胞病治疗所采取的方法，”张说，他指的是exa-cel和Bluebird的治疗方法，后者使用一种工程病毒将新基因添加到患者干细胞中。

“工具箱里的工具越多，我们修复管道的机会就越大，”张补充道。

这些发现催生了新公司，如Beam Therapeutics，由刘、张和Joung创立，致力于将碱基编辑开发成药物。一群风险投资人和生命科学研究人员（包括Joung）于 Verve Therapeutics 2018年创立了该公司。刘后来还联合创立了围绕先导编辑的Prime Medicine。

这些公司及其他公司成立之际，Broad研究所与伯克利之间关于原始CRISPR发明权利的诉讼仍在继续。（联邦专利官员于 2022年作出裁决 ，确定这项基础技术的合法权利属于Broad研究所。）

Broad研究所表示，它相信CRISPR研究的“开放获取”。自2014年以来，该机构已向希望基于现有技术进行开发的公司和科学家授予许可。

一个不断扩大的风险投资公司群体，包括Arch Venture Partners、F-Prime Capital、GV、Atlas Venture和Newpath Partners，已成为这第二代CRISPR公司的常见支持者。

私人融资的规模也在膨胀。早期，专注于CRISPR的生物技术公司在初始A轮融资中筹集了 1500万美元 和 4300万美元 之间。它们的后继者往往筹集更多资金： Prime Medicine 于2021年从隐身模式中现身，其A轮和B轮融资共获得3.15亿美元。

资金的涌入助力了宏大的雄心和广泛的发展目标。时任Prime Medicine首席执行官的Keith Gottesdiener在 2021年的一次采访 中对BioPharma Dive表示：“我当然希望成为下一个Vertex或Biogen。”

这些后来的公司中，有些还受益于在生物技术估值高峰期上市。Beam于2020年上市，随后Verve于2021年登陆华尔街，完成了 当年规模最大的IPO之一。即使在2022年，当该行业开始面临资金短缺时， Prime Medicine仍成功完成了IPO.

尽管如此，这些公司在治疗人类疾病的道路上并未走得太远。Beam于9月开始测试一种“首创”用于癌症的基因编辑药物，这是碱基编辑药物首次进入人体试验。

不断扩展的生态系统

CRISPR 如今已不再只是少数生物技术公司的专属领域。随着越来越多的基因编辑初创企业不断涌现，一个更大的生态系统已经形成。

这些公司正在研究其他 CRISPR 酶，如 Cas12、Cas13、Cas14 和 CasΦ，旨在规避递送和脱靶编辑等问题。（像 Editas、Caribou 和 Beam 这样的老牌基因编辑公司也在试验新的酶。）

这批全新的 Cas 分子与新一代科学家一同涌现。那些在 Doudna、Zhang 和 Liu 等基因编辑先驱指导下完成博士和博士后研究的研究人员，正在创办自己的公司。

“抛开谦虚不谈，我们是加州大学伯克利分校，”加州大学伯克利分校分子与细胞生物学教授、基因医学专家 Fyodor Urnov 表示。“我们是世界上最好的公立研究型大学。这里是一所精英培养学校。”

例如，曾与 Doudna 合作研究 2018 年一篇详述 Cas12 的论文的两位伯克利研究人员 Janice Chen 和 Lucas Harrington，与她以及斯坦福大学的同事 Trevor Martin 共同创立了 Mammoth Biosciences。总部位于旧金山湾区的 Mammoth 目前正在研究 Cas14 和 CasΦ 蛋白，这两种蛋白比最初的酶更小。

“我们仍在开发工具，以了解什么是高标准的编辑，或者什么是其他脱靶编辑，”现任 Mammoth 首席技术官的 Chen 表示。“技术在进步，但了解安全性的工具也在进步。”

在早期，Mammoth同时专注于诊断和药物研发，相信CRISPR能够在识别癌症靶点或病毒感染方面改进现有方法。这家生物技术公司 于2021年与Vertex 达成合作，一年后又与 Bayer 合作。此后，该公司缩减了其诊断业务。

与Zhang一样，Mammoth的创始人也认为最新几代CRISPR技术是一个工具箱。

Martin表示：“我们希望拥有适合疾病的技术，从而以科学和疾病生物学为导向。”然后，“不是因为我们手里有锤子，所以所有东西看起来都像钉子。我们可以为疾病选择合适的技术，而不是把所有东西都硬塞进某个框框里。”

Doudna还与其他生物技术公司有关联，例如Scribe Therapeutics，这是她与她的前学生Oakes共同创立的。Oakes曾研究锌指核酸酶，在Doudna和Charpentier发表首篇CRISPR/Cas9论文后，于2013年来到伯克利。

这位Scribe首席执行官表示：“我们当时正在用蛮力解决的问题，最终以一种更优雅的方式得到了解决。”他曾是 2019年一篇关于CRISPR/CasX论文的 合著者。

伯克利和Broad研究所的科学家对年轻研究者的支持，推动了基于CRISPR的新技术的发展。尽管伯克利和Broad之间就CRISPR专利存在法律纠纷，但该技术在科学界的广泛传播也起到了推动作用。

“以非排他性方式在不同领域授权这项技术，效果真的非常好，”布罗德研究所的张说。“它加速了研究和应用开发。”

挫折与公众情绪

基因编辑领域的快速增长伴随着研究过程中的种种起起落落。

当最初的几家公司竞相启动临床试验时，美国联邦监管机构则表现得更为谨慎。2018年，FDA暂停了 Vertex和CRISPR Therapeutics 启动其首个exa-cel研究的计划。 Editas 也遭遇了延误，当时FDA对其镰状细胞病疗法实施了部分临床暂停 在2021年.

两者 Beam 和 和Verve 在推进其碱基编辑项目进入临床测试时也遇到了类似问题，去年夏天和秋天相继收到了FDA的临床暂停令。

这些临时暂停反映了监管机构对CRISPR基因编辑及其在人体中应用的安全性的谨慎态度。特别是，FDA似乎正在密切关注体内CRISPR药物的测试，以警惕CRISPR改变可能意外发生在精子或卵细胞中——即所谓的生殖系编辑。

“我们认为这是FDA对该领域采取了非常审慎的态度，”Intellia首席执行官约翰·伦纳德在回应关于 8月的一次电话会议 中提到的该机构近期一项要求时表示。

Intellia在美国境外对其首个体内候选药物进行了测试，并 最近放弃了相关计划 在FDA的要求下，将其第二种药物的测试纳入美国患者。该公司计划开放美国试验点，作为其正在准备的后期研究的一部分。

其他安全问题也相继出现，例如Graphite Bio的镰状细胞病治疗药物nula-cel，该 公司已停止测试 在报告严重副作用之后。

不过，在大多数情况下，FDA已解除其施加的暂停令，使测试得以推进，并为该机构目前对exa-cel的审查铺平了道路。

即将到来的批准决定将再次使CRISPR基因编辑成为公众关注的焦点。虽然生物技术公司正在利用该技术仅通过编辑体细胞来治疗疾病，但该领域仍受到中国科学家行为的阴影影响， 贺建奎。2018年，贺建奎宣布他编辑了一对胚胎并将其植入并足月分娩，震惊了科学界，引发了谴责和重新限制生殖系编辑的呼吁。

即使在争议发生之前，Broad就已经制定了 针对此类实验的保障措施 ，如贺建奎的实验。现在， 该机构坚持 “任何人类临床使用必须符合所有法律法规”，并且不许可其技术用于编辑人类卵子和精子细胞。

展望未来

尽管低迷的生物技术市场给年轻的制药公司带来了压力，但基因编辑公司仍在继续吸引投资。

例如，Prime的IPO在去年十月筹集了1.75亿美元——在低迷年份中实属罕见的IPO成功案例。新的基因编辑公司也在不断涌现，如Tome Biosciences和 Tune Therapeutics.

与此同时，其他公司正以不同方式应用CRISPR原理。总部位于波士顿的 Chroma Medicine，今年三月筹集了1.35亿美元的风险投资，正在研发改变表观基因组的药物。

从研发角度来看，该领域的研究人员希望在多个方面取得进展。首先，证明基于CRISPR的基因编辑可以在更广泛的疾病中发挥作用。许多初始项目针对眼部疾病、镰状细胞病或β地中海贫血，但还有许多其他可能的目标，Urnov表示。他共同创立了Tune，并为Vertex提供咨询。

其次，递送仍然是一个挑战。目前的基因药物可以轻松到达身体易于触及的部位，如眼睛、血液或肝脏。因此，影响其他组织（如肌肉和大脑）的疾病仍然难以治疗，即使导致这些疾病的基因错误已被充分了解。

此外，对于基于CRISPR的疗法可能产生脱靶编辑的担忧依然存在。FDA对Vertex和CRISPR Therapeutics药物的持续审查，可以让我们了解该机构对这一风险的接受程度。

从行业角度来看，基因药物的商业化仍是一个问号。尽管它们有望带来显著疗效，但其高昂的价格和复杂的生产工艺可能构成营销障碍。除了诺华公司的脊髓性肌萎缩症药物 Zolgensma，迄今为止已获批的基因替代疗法的销售并未起飞。

“营利性部门确实非常懂得如何将让患者终身接受治疗的药物商业化，”乌尔诺夫说。而基因疗法，大多数患者可能只需接受一次治疗。

“归根结底，患者不会在意治疗方式，”陈说。“他们只想知道：它安全吗？有效吗？这才是最终目标。”

内德·帕利亚鲁洛对本文有报道贡献。