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2021年度盘点：细胞疗法和基因疗法最重要的发现及进展
【字体： 大 中 小 】 时间：2022年01月06日 来源：精准医疗趋势
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2021年，科学家们在基因治疗和细胞治疗领域取得了重大进展。让我们来看看今年在这方面取得的重要进展。
细胞疗法是指将正常细胞或生物工程细胞移植或输注到患者体内。新输注的细胞可替代受损细胞或具有更强的免疫杀伤功能，从而达到治疗疾病的目的。一般来说，细胞治疗主要包括肿瘤细胞免疫治疗和干细胞治疗。细胞疗法在癌症、血液疾病、心血管疾病、糖尿病和阿尔茨海默病的治疗中具有广阔的前景。
一、肿瘤细胞免疫疗法是指从患者体内获得免疫细胞，然后在体外培养和扩张，然后返回患者体内刺激和增强机体的自身免疫功能来治疗肿瘤，主要包括:过继细胞免疫疗法，肿瘤疫苗和非特异性免疫刺激和免疫检查点阻断疗法。
过继细胞免疫疗法包括：
肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)疗法，
TCR-T细胞疗法，CAR-T细胞疗法，
淋巴因子激活杀伤细胞(LAK)疗法，
细胞因子诱导杀伤细胞(CIK)疗法，
树突细胞疗法,
自然杀伤细胞(NK)疗法。
二、干细胞疗法可以利用干细胞的自我更新能力和分化潜能治疗血液系统疾病、神经系统疾病、心血管疾病、肝脏疾病、内分泌疾病等疾病。
基因治疗是指将外源正常基因转移到靶细胞，以纠正或补偿因缺陷和异常基因引起的疾病，达到治疗的目的。
目前基因治疗中所使用的靶基因转移方法可分为两大类:
一、病毒法
二、非病毒法
在病毒的基因转移方法中，RNA和DNA病毒都可以作为基因转移的载体，通常使用逆转录病毒载体和腺病毒载体。
转移的基本过程是将目的基因重组到病毒基因组中，然后用重组病毒感染宿主细胞，使目的基因整合到宿主基因组中。
非病毒方法包括磷酸钙沉淀、脂质体转染和显微注射。
2021年，科学家们在基因治疗和细胞治疗领域取得了重大进展。让我们来看看今年在这方面取得的重要进展。
2021年12月，Oliver Van Oekelen等人首次报告，他们已经完成了一个针对BCMA的CAR-T细胞治疗(BCMA CAR-T)疗程。三个多月后，一名多发性骨髓瘤患者开始出现类似帕金森病的进行性神经症状。包括颤抖，笔迹和步态的变化。
在患者基底神经节发现BCMA蛋白存在的证据，并在该区域发现疤痕，说明至少在部分患者中，BCMA CAR-T细胞可以穿过血脑屏障，导致进行性神经认知和运动障碍。
因此，尽管CAR-T细胞治疗多发性骨髓瘤是有效的，但其神经毒性需要密切监测[1]。
CAR-T细胞对于实体肿瘤的治疗效果不如治疗血癌。这是因为当T细胞暴露在它们的目标抗原下太长时间(大约几周)，它们就会衰竭，在实体瘤中通常是这样的。
Good和其他人设计的CAR-T细胞以一种称为间皮素的细胞标记为目标，并将这些T细胞暴露于表达间皮素的胰腺肿瘤细胞4周。4周后，CAR-T细胞显示出典型的失败迹象，在癌症患者的CAR-T细胞中发现了T细胞转变为自然杀伤细胞(NK细胞)的迹象。
他们观察到CAR-T细胞的失效伴随着两个蛋白ID3和SOX4水平的激增，这两个蛋白在免疫细胞中充当着大量基因的主开关。
沉默这两个明显的T细胞失效开关可以使CAR-T细胞在耗尽状态下保持大部分的肿瘤杀伤能力，即使在长期暴露于肿瘤细胞之后。
CAR-T细胞在治疗血癌时也可能经历T细胞衰竭。2021年11月，Caitlin Zebley等人对注入急性淋巴细胞白血病(ALL)患者的靶向CD19的CD8+ CAR-T细胞进行了纵向全基因组DNA甲基化分析。
他们报道，CAR-T细胞对效应相关基因的抑制DNA甲基化进行了快速和广泛的重编程。
CAR-T细胞输注后进一步的变化体现在记忆潜能相关基因的抑制(如TCF7和LEF1), 与DNA甲基化特征相关的基因（如CX3CR1、BATF和TOX的去甲基化）受到抑制，这标志着向衰竭祖细胞的过渡。
因此，CAR-T细胞已经经历了与耗竭相关的DNA甲基化过程，所以阻止这一过程可能是提高CAR-T细胞疗效的一个有吸引力的方法[3]。
2021年11月，Brooke Prinzing等人决定了表观遗传程序如何驱动T细胞衰竭。
通过评估不同实体肿瘤模型中针对一系列肿瘤抗原的人类CAR-T细胞，他们发现确实，敲除DNMT3A基因通常保留了攻击癌细胞的能力，无论它们针对的是哪种肿瘤类型或哪种抗原。
这突出了DNMT3A在控制人类CAR-T细胞功能中的核心作用。这些发现为未来的早期临床试验奠定了基础[4]。
CAR-T细胞通常以癌细胞表面的抗原为目标，而不能以癌细胞中的抗原为目标。
2021年10月，Mark Yarmarkovich等人开发了一种新的癌症治疗方法，针对肿瘤细胞中对肿瘤生长和生存至关重要的蛋白质。
利用强大的数据集和先进的计算方法，他们可以识别存在于肿瘤细胞表面的肽，并可以使用肽中心嵌合抗原受体。抗原受体，PC-CAR T细胞(PC-CAR-T细胞)以它们为目标。
PC-CAR -T细胞是一种新型的转基因T细胞，可以刺激免疫反应和消除肿瘤。
这一发现为用免疫疗法治疗更广泛范围的癌症以及每种疗法在更大比例人群中的应用打开了大门[5]。
2021年10月，Edikan A. Ogunnaike等人使用了高浓度的人纤维蛋白原，用酶将其转化成纤维蛋白，并用纤维蛋白生产了多孔纤维蛋白凝胶，然后让这种多孔纤维蛋白凝胶与CAR-T细胞混合，并在手术后放置在脑区。
这种凝胶在大脑中形成网状纤维蛋白支架。在这种纤维蛋白支架中，CAR-T细胞均匀地包裹在支架的孔隙中。在14只接受这种凝胶和CAR-T细胞治疗的胶质母细胞瘤术后小鼠中，9只（64%）在治疗94天后没有肿瘤，只接受了CAR-T细胞治疗。
在10只患有胶质母细胞瘤的手术后小鼠中，有2只（20%）是这样[6]。
2021年9月，Koichi Hirabayashi等人发现了一种新的CAR-T细胞免疫疗法，它使用基因修饰的T细胞来靶向并攻击癌细胞上的两种抗原。
这种双重靶向性限制了肿瘤的再生长，并防止神经母细胞瘤细胞逃避这些侵袭性T细胞[7]。
2021年8月，Lexus R. Johnson等人发现，RN7SL1本身可以改善CAR-T细胞的功能。表达RN7SL1的CAR-T细胞具有额外的优势，即持续时间更长，肿瘤浸润更好，功能衰竭更少，抗肿瘤功能更强[8]。
同时，Yun Qu等人通过基因修饰的CAR-T细胞释放更多的腺苷脱氨酶（ADA），破坏了肿瘤的免疫抑制微环境。
这有效地减少了T细胞的耗竭，从而帮助这些细胞保持其抗癌能力[9]。
2021年8月，Ian C. Miller等人向CAR-T细胞添加了一个基因开关，并开发了一个远程控制系统，可以将这些基因修饰的T细胞精确地传递到小鼠的免疫抑制肿瘤中，在微环境中杀死肿瘤并防止复发。
激光脉冲从这些小鼠的体外照射到肿瘤的位置。送到肿瘤上的金纳米棒将光波转化为局部的微热，将温度提高到40-42摄氏度，这刚好足够激活CAR-T细胞的基因开关，但不会热到损害健康组织和这些传递的基因。
改变了T细胞。一旦启动，CAR-T细胞就开始杀死肿瘤并防止癌症复发[10]。
与此同时，Yiqian Wu等人将重新设计的CAR- T细胞注射到小鼠的肿瘤上，这些细胞只有在加热后才表达CAR-T蛋白，然后在肿瘤上方的皮肤区域放置一个小型超声波传感器激活CAR-T细胞。
这种超声换能器使用所谓的聚焦超声束来聚焦或集中短脉冲超声能量在肿瘤上。
这将使肿瘤温度适度升高至43摄氏度，而不会影响周围组织。这种新的实验疗法显著减缓了小鼠实体癌肿瘤的生长[11]。
2021年3月，Yue Liu等人设计了一种合成T细胞受体(合成T细胞受体)和一种抗原受体(抗原受体)。
在基因修饰后，表达这两种受体的T细胞(即STAR-T细胞)结合了CAR-T细胞的特点，但增加了一个内部信号转导机制，以模拟天然的T细胞。
在多种小鼠模型中，与CAR-T细胞相比，STAR-T细胞可以更好地控制多种实体肿瘤类型，而不会导致失效[12]。
2021年2月，Rogelio A. Hernandez-Lopez和其他人受到自然超敏反应回路的启发，设计了一个两步正反馈回路，允许CAR-T细胞根据抗原密度阈值区分目标抗原。
在这个环中，HER2的低亲和力合成Notch受体控制着HER2的高亲和力CAR的表达。
因此，增加HER2的密度对CAR-T细胞具有协同作用，即增加CAR的表达和激活。
这种方法允许CAR-T细胞在不同的细胞中区分同一目标蛋白的表达水平，因此它们只杀死癌细胞，而不杀死与癌细胞具有相同蛋白标记物的健康细胞[13]。
2021年1月，Max Jan等人使用常用的抗癌药物来那度胺为CAR-T细胞构建了一个“ON”开关和一个“OFF”开关，以调节这些细胞的活性。
他们发现，使用常用的抗癌药物来那度胺可以控制CAR-T细胞的“ON”开关和“OFF”开关的效应功能。
在未来，人们有望使用这种新的可转换的细胞疗法来治疗疾病，同时减少毒副作用。
2021年12月，发表在国际期刊NEJM上的两项研究报告称，一种名为LentiGlobin的基因疗法可以使镰状细胞病患者接受一次性手术治疗后的血液功能已恢复正常。这些病人现在能够产生稳定数量的含有健康血红蛋白的正常红细胞。
此外，这些患者没有出现镰状细胞病引起的剧烈疼痛发作。
虽然这两项研究揭示了LentiGlobin治疗镰状细胞病的潜力和治疗效果，但也有必要阐明其可能带来的潜在风险。
2021年11月，一项新的1/2期临床研究报告了一种治疗A型血友病(也称为因子VIII缺乏症)的新基因疗法——注射SPK-8011(一种新型重组AAV载体，用于治疗A型血友病，它被改造成在宿主的肝细胞中产生FVIII)，导致凝血因子的持续表达，而这种凝血因子在患者体内是缺乏的，从而减少——在某些情况下完全消除——疼痛和潜在的危及生命的出血事件。
这是A型血友病患者在接受[17]基因治疗后第一次维持稳定的因子VIII水平。
2021年11月，Patricia González-Rodríguez和其他人发现，多巴胺释放神经元中的线粒体受损——功能性线粒体复合体I(MCI)的缺失——足以导致帕金森病，针对黑质的基因治疗可有效提高左旋多巴缓解症状[18]的疗效。
2021年7月,Xinzheng Guo等人使用CaMKII活性抗体标记，发现每当视网膜神经节细胞暴露于毒素或视神经受到挤压损伤时，CaMKII通路信号将被破坏，这表明CaMKII活性与视网膜神经节细胞的存活之间存在相关性。
在寻找一种干预方法时，他们发现用基因治疗激活CaMKII通路对视网膜神经节细胞有保护作用。
在毒性刺激前(对这些细胞造成快速损伤)和视神经压迫后(造成较慢损伤)对小鼠进行基因治疗，CaMKII的活性增加，对视网膜神经节细胞[19]具有强烈保护作用。
2021年2月，Aneal Khan等人在一项单臂试点研究(NCT02800070)中使用了自体慢病毒介导的CD34+，对5名1型(经典)Fabry病成年男性患者进行了研究。
基因治疗造血干细胞/祖细胞，这些细胞可以修饰表达α-galA。
结果表明，该药未发生严重不良事件。所有患者在一周内产生的α-galA接近正常水平。
该研究表明，基因治疗可能是Fabry病患者的一种有效治疗选择，但还需要更多的研究来验证[20]。
2021年1月，Pike-See Cheah和其他人在小鼠结节性硬化症模型中开发了一种基因疗法:使用一种浓缩形式的结节蛋白(cTuberin)。
接受DNA腺相关病毒载体(AAV)基因治疗的小鼠的平均生存时间延长到462天，它们的大脑显示出[21]损伤减少的迹象。
2021年9月，Mohammadsharif Tabebordbar等人开发了一种新的腺相关病毒(AAV)家族，该家族改善了肌肉组织的靶向性，这可能对肌肉疾病患者更安全、更高效。
这组病毒载体（他们称之为MyoAAV）到达肌肉的效率是目前临床试验中使用的病毒载体的10倍以上，并且在很大程度上避免了肝脏。
他们发现，由于效率的提高，MyoAAV可用于以比其他研究和临床试验中使用的病毒载体低100至250倍的剂量传递治疗性基因，有可能降低肝损伤和其他严重副作用的风险[22]。
2021年8月，Michael Segel等人开发了一个将分子药物输送到细胞的平台。这个平台被称为SEND，它可以被编程来包装和运送不同的RNA货物。
SEND利用体内的天然蛋白质形成病毒样颗粒并结合RNA，与其他传递方法相比，它可能引起较少的免疫应答。利用这个平台，人们有望开发出更好的基因疗法来治疗疾病[23]。
2021年4月，F. Chemello等人成功地采用了一种新的基因治疗方法治疗Duchenne型肌营养不良（Duchenne型肌营养不良症，DMD，也被翻译为杜氏肌营养不良）小鼠，使用CRISPR-CAS9为基础的工具，恢复了大部分DMD患者缺失的肌营养不良蛋白的大部分。
该方法可以开发一种治疗DMD的方法，并为其他遗传病的治疗提供参考[24]。
2021年1月，Luke W. Koblan等人用腺相关病毒（AAV）为载体，将编码碱基的酶转交给早衰小鼠，治疗小鼠可以避免这种疾病的发生。
借助这项技术，人们最终有望纠正一系列人类遗传疾病，包括早衰[25]。
2021年12月，Andrew V. Anzalone等人开发了一种新的编辑版本：twin prime editing (twinPE),它可以整合或替换基因大小的DNA序列。
他们使用twinPE技术进行两次相邻的导向编辑，在基因组的特定位置引入更大的DNA序列，同时很少产生不需要的副产物。
随着进一步的发展，这项技术可能被用作一种新的基因疗法，以安全和高针对性的方式插入治疗基因，以替换突变或缺失的基因[26]。
2021年7月，Alex Mas Monteys等人开发了一种基于口服药物小分子替代RNA的“调光开关”系统(“调光开关”系统)。拼接技术可以控制基因治疗载体表达的蛋白质水平;
它可以使基因治疗载体中的RNA失活，小药物分子的加入可以促进携带的RNA剪接，形成其活性形式[27]。
在全球范围内，细胞治疗和基因治疗已经并正在改变人类治疗一系列疾病的方式。截至2019年底，全球已推出超过27种细胞治疗/基因治疗产品，近1000家公司参与该领域的研发和商业化。
全球细胞疗法/基因疗法有望在2021达到200亿美元。
根据Evaluate Pharma的预测，细胞治疗、基因治疗和核酸治疗的全球市场将从2017年的10亿美元增长到2024年的440亿美元，复合年增长率高达65%。
根据这样的市场价值估计，在过去几年中，基因治疗和基因治疗已经并将继续成为最受关注的制药领域之一[28]。
在细胞治疗方面，CAR-T细胞治疗、TCR-T细胞治疗和干细胞治疗具有巨大的发展前景和市场潜力。
就CAR-T细胞疗法而言，全球已推出6种CAR-T细胞疗法。它们是诺华的Kymriah、吉利德的Yescarta和Tecartus、BMS的Breyanzi和Abecma，以及中国复星凯特的CAR-T细胞治疗产品Yiqililunsai注射液（也称为Akilunsai注射液，商品名：Yikaida）。
其中，前四种细胞疗法均以CD19为靶点，用于治疗弥漫性大B细胞淋巴瘤、B细胞急性淋巴细胞白血病和套细胞淋巴瘤；Abecma于2021年3月推出，目标为BCMA治疗多发性骨髓瘤，用于二线或以上全身治疗后复发或难治性大B细胞淋巴瘤的成人患者。Yikaida于2021年6月推出，用于治疗复发或难治的大B细胞淋巴瘤患者，经过二线或全身治疗。
随着基因治疗的发展，用于基因治疗产品的载体的安全性和有效性逐渐提高。
截至2019年底，全球市场上已有20多种基因治疗产品：
获得美国FDA批准的基因治疗产品包括Vitravene、Macugen、Rexin-G、Kynamro、Imlygic、Exondys51、Spinraza、Defibrotide、Luxturna、Patisiran、Zolgensma、Kymriah和Yescarta；欧盟批准的基因治疗产品包括Vitravene、Glybera、Spinraza、Defibrotide、Luxturna、Patisiran、Strimvelis和Zalmoxis；在中国获准上市的基因治疗产品包括Gendicine和Oncorine；在俄罗斯获准上市的基因治疗产品包括Neovasculgen；在韩国被批准上市的基因治疗产品包括Invossa[29]。
未来，随着分子生物学、基因、蛋白质和组学等不同领域的新突破，科学家将开发越来越多的细胞治疗产品和基因治疗产品来治疗艾滋病毒感染、癌症和血液系统。神经系统疾病和遗传性疾病等一系列疾病。
参考文献：
1.Oliver Van Oekelen et al. Neurocognitive and hypokinetic movement disorder with features of parkinsonism after BCMA-targeting CAR-T cell therapy. Nature Medicine, 2021, doi:10.1038/s41591-021-01564-7.
2. Charly R. Good et al. An NK-like CAR T cell transition in CAR T cell dysfunction. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.11.016.
3.Caitlin C. Zebley et al. CD19-CAR T cells undergo exhaustion DNA methylation programming in patients with acute lymphoblastic leukemia. Cell Reports, 202, doi:10.1016/j.celrep.2021.110079.
4.Brooke Prinzing et al. Deleting DNMT3A in CAR T cells prevents exhaustion and enhances antitumor activity. Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abh0272.
5. Mark Yarmarkovich et al. Cross-HLA targeting of intracellular oncoproteins with peptide-centric CARs. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-04061-6.
6. Edikan A. Ogunnaike et al. Fibrin gel enhances the antitumor effects of chimeric antigen receptor T cells in glioblastoma. Science Advances, 2021, doi:10.1126/sciadv.abg5841.
7. Koichi Hirabayashi et al. Dual-targeting CAR-T cells with optimal co-stimulation and metabolic fitness enhance antitumor activity and prevent escape in solid tumors. Nature Cancer, 2021, doi:10.1038/s43018-021-00244-2.
8. Lexus R. Johnson et al. The immunostimulatory RNA RN7SL1 enables CAR-T cells to enhance autonomous and endogenous immune function. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.08.004.
9. Yun Qu et al. Adenosine Deaminase 1 Overexpression Enhances the Antitumor Efficacy of Chimeric Antigen Receptor-Engineered T Cells. Human Gene Therapy, 2021, doi:10.1089/hum.2021.050.
10. Ian C. Miller et al. Enhanced intratumoural activity of CAR T cells engineered to produce immunomodulators under photothermal control. Nature Biomedical Engineering, 2021, doi:10.1038/s41551-021-00781-2.
11. Yiqian Wu et al. Control of the activity of CAR-T cells within tumours via focused ultrasound. Nature Biomedical Engineering, 2021, doi:10.1038/s41551-021-00779-w.
12. Yue Liu et al. Chimeric STAR receptors using TCR machinery mediate robust responses against solid tumors. Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abb5191.
13. Rogelio A. Hernandez-Lopez et al. T cell circuits that sense antigen density with an ultrasensitive threshold. Science, 2021, doi:10.1126/science.abc1855.
14. Max Jan et al. Reversible ON- and OFF-switch chimeric antigen receptors controlled by lenalidomide. Science Translational Medicine, 2021, doi:10.1126/scitranslmed.abb6295.
15. Sunita Goyal et al. Acute Myeloid Leukemia Case after Gene Therapy for Sickle Cell Disease. New England Journal of Medicine, 2021, doi:10.1056/NEJMoa2109167.
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17. Lindsey A. George et al. Multiyear Factor VIII Expression After AAV Gene Transfer for Hemophilia A. NEJM, 2021, doi:10.1056/NEJMoa2104205.
18. Patricia González-Rodríguez et al. Disruption of mitochondrial complex I induces progressive parkinsonism. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-04059-0.
19. Xinzheng Guo et al. Xinzheng Guo et al. Preservation of vision after CaMKII-mediated protection of retinal ganglion cells. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.06.031.
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22. Mohammadsharif Tabebordbar et al. Directed evolution of a family of AAV capsid variants enabling potent muscle-directed gene delivery across species. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.08.028.
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26. Andrew V. Anzalone et al. Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing. Nature Biotechnology, 2021, doi:10.1038/s41587-021-01133-w.
27. Alex Mas Monteys et al. Regulated control of gene therapies by drug-induced splicing. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03770-2.
28.Next-generation therapeutics: cell and gene therapy gathers pace
https://www.nature.com/articles/d43747-020-00715-y
29.Gene Therapy Arrives
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03716-9
(来源:互联网,仅参考)
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