综述：推进离体基因治疗：慢病毒载体的作用与组织合作

《Drug Discovery Today》：Advancing ex vivo gene therapy: the role of lentiviral vectors and organizational collaboration

本综述系统阐述了离体（ex vivo）基因治疗领域的技术与组织协作发展。文章重点分析了慢病毒载体（LVV）如何因其能感染非分裂细胞及相对安全的整合特性而成为该领域的实际标准（de facto standard），并深入探讨了其成功推广所依赖的多机构合作模式，包括学术研究、生物技术、制药企业收购及合同开发与生产组织（CDMO）的专业制造。文章指出，构建高效、经济的治疗体系与优化供应链是未来广泛应用的关健。

　　

摘要

基因治疗正成为一种前景广阔的治疗方式。其中，离体（ex vivo）基因治疗是指将患者细胞取出体外进行基因修饰后再回输体内的方法。它针对罕见病和癌症等疾病，但流程复杂，涉及细胞采集、定制载体生产和基因转移等多个步骤。面对这些挑战，本文审视了离体基因治疗广泛应用所需的技术和组织要求。慢病毒载体（Lentiviral vector）已成为基因转移的事实标准（de facto standard）。与体内（in vivo）治疗不同，多机构协作推动了其发展，已获批的药物案例也证实了这一点。成功有赖于结合学术与生物技术研究、制药企业的收购能力以及合同开发与生产组织（CDMO）的制造专长。建立更高效、更具成本效益的治疗体系对于该产业的进一步发展和更广泛的应用至关重要。

引言

制药行业正经历着技术发展和医疗需求变化的重大变革时期。基因治疗作为一种先进的药物治疗模式，旨在通过基因修饰来治疗和预防疾病。其中，离体基因治疗与体内基因治疗（直接将基因疗法注入体内）有显著不同。离体方法的优势在于能够选择性操作细胞基因，减少脱靶效应，实现更精确的遗传修饰。这一优势促进了针对造血干细胞（HSCs）和用于免疫治疗的T细胞的基因治疗产品的开发和获批。例如，针对重症联合免疫缺陷症（SCID）、Wiskott-Aldrich综合征、β-地中海贫血和异染性脑白质营养不良（MLD）等单基因遗传病的HSC基因疗法已问世。同时，为T细胞装备合成抗原识别域（最著名的是嵌合抗原受体CARs）的技术，也已催生针对多种恶性肿瘤的获批疗法，如复发性或难治性CD19阳性B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）和弥漫性大B细胞淋巴瘤。

本研究探讨了离体基因治疗广泛应用的的技术和组织要求，重点指出慢病毒载体的标准化、多机构协作以及整合学术研究、制药企业能力和CDMO制造是成功的关键。

技术标准化载体

已获批的离体基因治疗基因转移方法包括逆转录病毒载体、慢病毒载体以及非病毒方法（如电穿孔）。逆转录病毒载体在20世纪90年代和21世纪初曾备受关注，但其因遗传毒性（插入突变）引发安全性担忧而逐渐衰落。插入位点的突变可能导致白血病，且该载体无法导入非分裂细胞。非病毒方法则一直面临基因转移效率、特异性和基因表达持续时间方面的挑战，且为特定细胞建立合适的基因递送条件存在困难。

慢病毒载体则能导入非分裂细胞，并且在基因整合位点方面预计比逆转录病毒载体更安全。慢病毒载体的效力在2011年随着离体嵌合抗原受体（CAR）-T疗法的出现首次被报道，增加了临床关注。2012年，美国食品药品监督管理局（FDA）为治疗罕见病（如遗传病）的药物建立了加速新药开发和优先审评制度，导致使用慢病毒载体的临床试验注册数量增加。2017年，首个离体基因疗法在美国获批，此后新的临床试验持续注册。

慢病毒载体现已广泛用于离体基因治疗，因为它克服了逆转录病毒载体的两个主要局限：对非分裂细胞的转导效率低以及插入突变导致白血病的风险升高。事实上，关于慢病毒载体的论文数量在2000年左右开始增加，并在2010年左右保持高位，而在此期间关于逆转录病毒载体的论文数量下降。同样，慢病毒载体在新注册的临床试验数量上也保持领先。这些发现共同确立了慢病毒载体在离体基因治疗中的事实标准地位。

组织结构与开发活动的关系

离体基因治疗的治疗过程比体内基因治疗更为复杂。涉及从医疗机构获取患者细胞、生产病毒载体、基因转移以及给患者回输等多个环节的参与者，需要建立合适的供应链和组织系统。然而，关于技术和创新扩散的理论框架和实证研究有限。体内基因治疗的成功证实了公司主导产品开发的有效性，而生物制药公司的存在凸显了获取制造能力这一战略选择的重要性。

因此，本研究定量和定性分析了离体基因治疗创新系统，重点关注临床开发管线、组织协作及其关系。基于结果，我们强调了离体基因治疗特有的挑战、应对措施以及该体系创新所需的关键点。

慢病毒载体作为离体基因治疗的有前景的工具

慢病毒载体因其能够将基因稳定整合入宿主基因组而成为离体基因治疗的有前景的工具。然而，为安全有效地开发离体基因治疗，必须解决几个关键挑战。

选择与建立最佳技术

鉴于慢病毒载体是半随机整合入基因组，插入突变的风险取决于整合的基因组环境，而目前的载体系统无法精确控制。因此，选择合适的启动子以确保有效稳定的靶基因表达至关重要。建立安全有效的核心技术（包括启动子选择）对于降低临床风险也至关重要，并要求开发组织具备这些领域的专业知识。

建立符合GMP的生产流程

为确保慢病毒载体的安全性和有效性，生产设施必须符合良好生产规范（GMP）标准，处理患者细胞的设施也同样需要。这确保了持续的质量保证和高效的生产流程。

长期随访研究

鉴于离体基因治疗是一种新的治疗模式，需要在患者中评估其持续治疗效果并识别潜在副作用。这需要进行长期随访研究，这对于单一组织而言可能难以实现，从而导致多方组织参与。因此，促进这些组织间有效合作的研究与开发（R&D）至关重要。

为了获取临床开发产品及其参与组织的开发活动信息，我们从Cortellis数据库提取数据并制成列联表。统计分析使用Mantel-Haenszel检验。

结果证实，开发活动的状态与单组织或多组织开发相关。特别是，源自学术界的开发项目显示出较高的优势比，表明多组织参与对于源自学术界的离体基因治疗的成功是必要的。相比之下，项目起源于是学术界还是公司并不影响开发活动的状态。特别是，多组织参与被发现是离体基因治疗特有的现象，而非体内基因治疗。

合作案例

制药公司要有效进行临床开发，需要组织间合作，结合学术界的科学专业知识与生物技术公司和CDMOs的细胞处理知识和技术。

我们进行了三个案例研究，以具体识别这种组织间合作的机制和关键点。从Cortellis提取药物相关交易信息，并基于新闻稿、科学论文和临床试验信息进行事件序列分析。

tisagenlecleucel案例

宾夕法尼亚大学和诺华制药公司合作开发了tisagenlecleucel，这是首个使用慢病毒载体开发的离体基因疗法。在1990年至2000年间，该大学通过HIV研究进行了在T细胞中表达人工受体的基因修饰研究。随后，研究重点从HIV转向癌症，并研究了靶向CD19的CAR。基于此研究，该大学赞助了针对B细胞白血病和淋巴瘤的I期临床试验，并于2011年公布了该CAR-T疗法的临床疗效。诺华随后与宾夕法尼亚大学就CAR-T癌症免疫疗法达成独家合作，并宣布建立符合GMP的CAR-T细胞生产设施。诺华与一家CDMO签订合同生产临床级慢病毒，并自行推进II期临床试验，该疗法于2017年在美国获批用于治疗B-ALL。

本案例展示了诺华如何利用学术界和CDMOs的专业知识来构建离体基因治疗平台。与宾夕法尼亚大学的独家合作确保了使用慢病毒将CAR转入白血病细胞的知识产权和研究基础设施，以及经过临床试验验证的基因转移技术。与CDMO的合作则确保了慢病毒载体的稳定供应，并建立了离体基因治疗的综合性制造和供应平台。

elivaldogene autotemcel案例

Elivaldogene autotemcel源于学术机构法国国家健康与医学研究院（INSERM），目前由Bluebird Bio开发。Bluebird Bio是一家专注于慢病毒载体研究的生物技术公司。2009年，它与INSERM签署了关于肾上腺脑白质营养不良基因疗法（包括elivaldogene autotemcel）专利的独家许可协议。INSERM在1990年代和2000年代进行了离体基因治疗的临床试验。自2010年起，该公司与多家CDMO签署协议生产慢病毒，建立了离体基因治疗的制造和供应平台。2021年，Bluebird Bio在欧盟获批使用该疗法治疗早发性脑性肾上腺脑白质营养不良。

lisocabtagene maraleucel案例

Lisocabtagene maraleucel源于Juno Therapeutics，其目前的开发者是百时美施贵宝（BMS）。Juno Therapeutics成立于2013年，与弗雷德·哈钦森癌症研究中心（FHCRC）和纪念斯隆·凯特琳癌症中心（MSKCC）合作，利用CAR-T技术构建癌症免疫疗法管线。与宾夕法尼亚大学类似，FHCRC在T细胞免疫治疗方面进行了研究，参与了CAR-T疗法的早期研究，并建立了符合GMP的细胞处理设施。Juno Therapeutics负责临床试验，并于2015年签署了华盛顿州产品生产设施的租赁协议。同年，BMS（当时为Celgene）与Juno Therapeutics签署了为期10年的独家合作协议，共同开发治疗癌症和自身免疫性疾病的免疫疗法，并于2018年收购了Juno Therapeutics。2021年，lisocabtagene maraleucel在美国获批用于治疗复发性或难治性（R/R）大B细胞淋巴瘤。

这些案例研究揭示的离体基因治疗中组织间合作要点如图所示。一个特点是学术界的重大贡献。药物发现方法基于基因和细胞治疗的基础研究提出，学术界的贡献范围从种子药物的创造到初始管线开发中早期临床开发的实施。另一个特点是制药公司的上游策略。除了与学术界的开创性合作，制药公司还通过收购生物技术公司来建立其管线。最后一个特点是CDMOs的作用：制药和生物技术公司通过利用CDMOs的能力，能够快速推进大规模后期临床试验。

未来挑战与应对

离体基因治疗进一步推广的挑战不仅在于提高治疗效果，还在于建立高效、经济的治疗体系，这对于扩大适应症范围至关重要。具体而言，这涉及考虑每种疾病个体特征的卫生经济学评估、为提高时间和成本效率的多中心共同开发，以及对患者群体生物学特征的详细分析。此外，治疗性病毒载体的生产和患者来源细胞的处理都需要GMP级质量控制，基因修饰细胞的回输也必须确保高度安全性。这些要求推高了制造成本，构成了广泛采用的重要障碍。而且，这些过程是“单批次”的，因此需要患者特异性的制造和交付时间表。此外，还存在因患者死亡导致的时间延迟和损失相关的供应挑战，以及治疗点和可用名额的限制。

应对这些挑战的方法在于优化供应链并推动相关工艺技术的发展。FDA鼓励申办方采用封闭、自动化、严格控制的培养工艺，只要可比性和产品质量数据得到充分证明，这些工艺可以简化生产计划并降低成本。此外，美国国立卫生研究院（NIH）合作成立的Bespoke Gene Therapy Consortium（BGTC）旨在通过通用载体平台和标准化分析来提高开发效率并降低成本。在经济方面，美国医疗保险和医疗补助创新中心（CMMI）在几个州启动了医疗补助准入模型，以减轻高额治疗费用的负担并改善患者可及性；欧洲药品管理局（EMA）也在考虑针对先进治疗药物（ATMPs）的生产工艺实行灵活的批准制度，并且一些欧洲国家已引入 Managed Entry Agreement。这些措施可能是应对成本挑战和治疗可及性不平等的重要对策。预计技术和创新管理的知识将不仅限于狭义上的药物发现技术，还能通过借鉴其他行业的实践做出贡献。

结论

离体基因治疗因其创新性和治疗效力而备受关注，但涉及复杂的治疗流程和供应链挑战。本研究表明，慢病毒载体正在成为基因递送方法的事实标准。同时强调了学术界、生物技术公司和制药公司之间合作的必要性及其基本要求，这与可依赖单一组织的体内基因治疗形成对比。此外，案例研究提示，学术界和生物技术公司在病毒载体研究、患者细胞获取和基因转移方面起主导作用，制药公司在临床试验实施和注册事务中起主导作用，而利用CDMOs则有助于载体生产。未来的挑战包括成本效益和供应链优化，这将需要同时推动技术和创新管理。