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1、基因治疗行业技术壁垒一、 基因治疗行业技术壁垒以病毒载体技术为核心的基因治疗药物开发与生产，涉及细胞驯化、细胞系构建、细胞培养和载体构建等基础技术和大规模生产工艺，且不同种类基因治疗药物的细胞、载体研发生产过程具有个性化特点，极大增加了对综合技术能力的要求。此外，对药物质量的稳定性与安全性也有十分严格的要求，需要检测方法和质量控制技术等辅助性技术的保障。因此，形成自主的核心技术是从事本行业的必由之路，这不仅需要长期的技术研发投入，还需要通过大量项目实践积累技术诀窍和工艺经验。因此，新进入者要想进入本行业面临较高的技术壁垒。二、 基因治疗行业概念基因支持着生命的基本构造和性能。其有两个重要的属性
2、，一个是基因的物质性，另一个重要属性是信息性，信息的属性离不开传递，而一旦传递中途发生变故，误差的基因会导致生物体不能适应环境或者导致自身的毁坏。基因治疗（genetherapy）实际上就是DNA分子中核苷酸种类、数量和顺序的改变，导致遗传信息的改变而致病。由于癌变及遗传性疾病等是因体内某种基因缺乏、缺陷或突变引起的，因此对这种基因进行替代、修复和增补，就能治疗这些疾病，从而控制这些疾病的发生，故称基因治疗。基因治疗是指将正常的或者有治疗作用的外源基因插入到靶细胞中，修复靶细胞中有缺陷的基因，或者替代有缺陷的基因，从而达到治疗疾病目的的生物医学技术。基因治疗定义有广义和狭义之分，狭义的概念是指
3、用具有正常功能的基因置换或增补患者体内有缺陷的基因，从而达到治疗的目的。广义的概念指把某些遗传物质转移到患者体内，使其在患者体内表达，最终达到治疗某种疾病的方法。随着科学家对遗传物质的作用机理的了解，科学家开始考虑如何人为干预遗传和表达的过程，基于基因技术发展，现已可以在分子水平对基因进行改造和修正。常规治疗一般是针对基因异常而导致的各种症状，治标不治本，而基因治疗是针对遗传疾病的根源-异常的基因本身，基因的异常是遗传疾病的本质，将异常的基因修正，或者用正常基因取代有缺陷的基因，那么外在的症状也将迎刃而解。目前，基因治疗根据治疗途径可以分为体外基因治疗和体内基因治疗。具体表现为基因增补和基因编
4、辑。基因增补：利用递送载体，将外源基因导入病变细胞，其表达产物能修饰缺陷细胞的功能或加强原有功能。或是与相应的基因结合，影响原有基因的功能。是目前获批上市和临床在研阶段产品中，最主要的基因疗法技术路径。基因编辑：精确修饰特定目标基因，从而破坏有害基因或修复变异基因，包括ZFNs，TALEN以及2020年获诺贝尔化学奖的CRISPR/Cas9技术。以CRISPR/Cas9技术为例，Cas9蛋白在sgRNA的导向下，通过碱基互补配对，到达不同的靶部位，通过切割靶基因，对目标基因进行定点精确编辑，从而实现对患者原有基因组错误基因的改变与修正。基因编辑系统向临床的转化正处于早期阶段，目前尚无产品上市。
5、三、 基因治疗行业中国市场未来发展方向目前，基因治疗主要针对罕见病与肿瘤治疗。此后，基因治疗也将逐渐向其他疾病扩展适应症。例如，2020年2月，基因治疗公司Genprex宣布与匹兹堡大学达成一项糖尿病基因治疗技术的独家许可协议，将对胰腺细胞进行重新编程，以恢复其补充胰岛素的功能，从而治疗1型和2型糖尿病。目前糖尿病尚无根治的治疗手段，主要干预方式依然是注射胰岛素以控制血糖水平。如果这一细胞和基因治疗产品能够研发成功，将对糖尿病的治疗及慢性病领域产生重大影响。随着基因治疗研究的深入，未来的疗法将不再局限于处理人类基因组中的单个基因缺陷，构建合适的载体获得多个外源基因的高效转移与表达将对存在多个基
6、因缺陷的疾病有重大意义。目前，应用最为广泛的载体当属腺相关病毒载体、慢病毒载体等。近年来，溶瘤病毒作为免疫疗法的新生力量，引起广泛关注，其相关研究也取得巨大进展，疱疹病毒、痘病毒、腺病毒成为目前研究较多的溶瘤病毒毒株。随着基因治疗研发的深入，病毒载体将更为多样化，不断提高导入效率以及安全稳定性。此外，非病毒载体例如裸露DNA、脂质体、纳米载体等因具有成本低、制备简单、便于大规模生产、安全性高、外源基因长度不受限制等优点也将成为重要研发领域。CDMO企业多样化的服务内容和积累的基因治疗基础研究与开发改造经验可以为基因治疗企业提供包括细胞与载体选择与优化服务、细胞系与载体构建和病毒包装服务、质量检
7、测服务、临床阶段小规模生产服务以及后期商业化生产服务，节省研发成本和时间，提高成功率。相关研发生产平台齐全，可提供多样化的选择，并减少药企试错成本；专业的QA/QC人员和全过程的严格监管，可确保满足载体生产符合国家GMP质量标准。此外，一些CGTCDMO公司还可提供一站式新药临床试验申请（IND）和新药上市申请（NDA）等法规相关服务，进一步帮助药企加快研发进度。因此，基因治疗产业发展将带动CDMO的市场规模不断扩张。基因治疗对于罕见病和恶性肿瘤的治疗效果以及近年来医保对于基因治疗支付的积极探索，促进基因治疗商业化进展。以治疗SMA的Zolgensma为例，尽管其价格高昂，但在2019年获批后
8、成为SMA的重磅疗法，美国商业保险机构Cigna对其全额药价覆盖，2020年销售额达到9亿美元。面临高昂价格的争议，CGT企业积极与各国政府及医保体系进行基于价值的多元化支付模式探索。这些支付模式的探索为CGT商业化逐步铺平道路，预计未来对于基因治疗多元化的创新支付模式将惠及更多患者。现已有CGT产品例如CAR-T细胞治疗已经取得临床成功，未来有着巨大的市场潜力，将持续成为热点研发方向。研发人员在进一步优化技术与临床疗效的同时，也在降低研发及治疗的成本。未来病毒载体优化及生产、CAR-T细胞等技术的逐渐成熟将带来成本的下降，基因治疗将扩展应用到更多患者治疗中。四、 基因治疗行业产业链分析基因治
9、疗产业链可分为上游，中游和下游。上游是病毒载体的生产厂商。病毒载体的生产步骤包括：目的基因制备，病毒载体构建，重组病毒培养，重组病毒纯化，质量控制等环节，各环节涉及多种设备及试剂耗材。中游是基因治疗的制药企业，包括基因增补，基因编辑两类药企。下游则是各类罕见病/遗传病患者。包括2型先天性黑蒙症（LCA），脊髓性肌肉萎缩症（SMA），-地中海贫血（TDT），A/B型血友病，遗传性视网膜病变等。五、 基因治疗历史发展历程1962年，Szybalski等人发现Ca2有刺激DNA转入细胞的作用，Ca2能使细胞膜磷脂双分子层形成液晶结构，促使细胞外膜与内膜间隙中的部分核酸酶解离开来，离开所在区域，诱导细
10、胞成为感受态细胞，细胞膜出现间隙，DNA可以通过间隙进入细胞，为人工转移遗传物进入细胞迈出第一步。1967年，Nirenberg提出遗传工程用于人类基因治疗，基因治疗的想法诞生。1968年，Burnett等用DEAE协同转移的方法将病毒导入培养细胞，为病毒作为遗产物质的载体做铺垫。1972年，Grahant等对磷酸钙介导的DNA转移过程进行详细的研究，使这一技术得到普遍的接受和应用。1973年，美国科学家和几名医生在德国进行首次基因治疗实验。病人是一对体内缺乏一种稀有酶的姐妹研究人员将一种携带有可使病人本身的酶分泌恢复正常的的病毒-肖普化乳头瘤病毒注入患者体内。实验无疗效也无副作用。1990年
11、，被称为基因治疗之父的WilliamFrenchAnderson医生领衔进行一项长期临床试验，治疗患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏性重度联合免疫缺陷症（ADA-SCID）的儿童。使用逆转录病毒将ADA基因转移到分离的T细胞中，然后将这些基因修饰的T细胞回输至患者体内，以求向ADA-SCID患者中引入健康的ADA基因。令所有人高兴的是，临床试验观察到儿童健康状况的显著改善。表明基因治疗可以用来治疗病人。1991年，中国复旦大学的研究人员进行成纤维残暴基因治疗血友病B项目，此外还开展针对肿瘤和血液病的基因治疗。1999年，基因治疗的进展遭遇滑铁卢，18岁的JesseGelsinger患有鸟氨酸转氨甲酰
12、酶缺陷（OTC），他参与一项由宾夕法尼亚大学开展的临床试验，研究人员用腺病毒将缺失的基因传递到他体内。4天后，Gelsinger死于强烈免疫反应导致的多器官衰竭。首例受试者的死亡给基因治疗发展史蒙上一层阴影，同时也是一个警醒，提醒人们注意风险。FDA随即暂停几项基因治疗临床试验。六、 基因治疗行业技术路径与机制基因编辑技术主要经历了三代发展，从重组核酸酶介导的技术向以RNA引导的基因编辑技术发展，成本逐步降低，周期缩短，靶向修饰效率不断提高。ZFNs技术是第一代基因组编辑技术，是由天然DNA转录因子衍生而来，其功能实现基于特异性识别DNA的锌指蛋白（ZFP）和FokI内切酶的核酸酶结构域组成。
13、每个锌指蛋白可识别3个碱基序列，研究者可通过锌指蛋白的排列组合进行不同靶向指定编辑。通常使用的锌指蛋白筛选手段是噬菌体展示，以达到高通量筛选的目的。从2001年开始，ZFN开始被陆续用于不同物种的基因编辑。但是由于技术研发成本较高、专利垄断严重，造成以技术平台发展缓慢，直接导致应用和普及的滞后。特别是在第二、第三代基因编辑技术被开发出来之后，锌指蛋白的研究和临床使用频率大为减少。TALENs是与ZFNs结构类似但更加灵活和高效的第二代靶向编辑技术，核心蛋白由AvrBs3蛋白衍生而来。与ZFNs不同的是，该技术使用两个氨基酸组合来识别单个碱基序列，从而大大减少ZFNs容易脱靶的问题。得益于其低脱
14、靶率，TALEN技术常被细胞治疗平台用于体外细胞碱基的编辑，特别是在嵌合抗原受体T细胞治疗平台开发中。可是依然高昂的研发费用限制该技术的大规模应用。CRISPR/Cas技术是基于原核生物抵御外来病毒及质粒DNA的一种适应性免疫系统开发而来的第三代基因编辑技术。通过人工设计的sgRNA（guideRNA）来识别目的基因组序列，并引导Cas蛋白酶进行有效切割DNA双链，最终达到对基因组DNA进行修饰的目的。其中Cas9蛋白和Cpf1蛋白是最为常用的蛋白酶。作为当今最为广泛使用的基因编辑技术，CRISPR/Cas平台有着ZFNs和TALENs无法匹敌的低价格、高灵活性、多靶向等优势。这些优势促使该产
15、品从科研到临床的快速转化。当今，CRISPR/Cas技术广泛应用于体外分子诊断、基因标记、单碱基编辑等领域。以CrisprTherapeutics和EditasMedicine为代表的一大批新型医药公司正在传染病、罕见病癌症等领域进行大量基于此技术的临床试验。CRISPR/Cas作为革命性的基因编辑技术，优势明显；相较于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的开发周期更短，成本较低，靶向效率更高：低廉的开发价格、较短的开发周期、简便的开发过程加速了基因编辑技术的迭代，促成CRIPSR/Cas技术的广泛使用。简易的多重编辑、高靶向效率使CRIPSR/Cas成为基因工程研究的加速器，为临床转
16、化奠定基础。自2012首次应用以来，CRIPSR/Cas已然成为基因编辑在科研和临床应用上的不二选择。除常见的遗传疾病领域的应用，CRISPR/Cas也在其他疾病领域有丰富的在研临床试验。CRISPR/Cas可编辑线粒体DNA、胚胎和RNA，在表观遗传标记和基因阻截中也有广泛应用。基因增补目前的技术路径主要通过各类载体的递送。基因增补过程主要为将正常功能的基因片段插入到异常的细胞中。目前基因增补手段主要依赖核酸药物，核酸药物按照种类又可划分为DNA药物（裸质粒等）、RNA药物干扰RNA（RNAi）等及反义寡核苷酸药物以及重组病毒类药物，其作用原理是借助一定载体将核酸药物传送进细胞内并进行复制转录继而从基因层面起到治疗效果；基因增补的技术难题体现在递送方式，当然这也是整个基因治疗的技术难题。基因治疗的研发优势，体现在一旦解决递送方式，研发难度反而较传统药物更低。无论是在体外还是体内进行基因改造，基因治疗的三大共性步骤包括：核酸序列的设计与合成、将目标序列递送至
