本文基于笔者掌握的材料以及近年来直接参与药物转化相关研究与课题的实际经历和体会，探讨了基因与细胞治疗的背景，药物的基础科研、转化研究到临床研究的过程，以及细胞基因的IND申请及策略等，希望供对这方面感兴趣的读者有所参考。
一个革命性疗法成就一个医学奇迹
在现代医学探索中，每一次突破都代表着为无数患者带来新生的可能性。CAR-T细胞疗法的出现，无疑是医学领域最引人瞩目的突破之一。CAR-T全称嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy），是一种通过基因工程技术改造T细胞，增强其靶向杀伤肿瘤细胞的能力，从而实现肿瘤治疗的方法。
CAR-T疗法包括5个步骤。1）T细胞采集：首先，从患者的血液中采集T细胞，这些细胞是免疫系统的一部分，负责识别并攻击异物，包括癌细胞。2）CAR的构建：在实验室中，科学家将基因工程技术用于修改这些T细胞。他们设计并构建了一种被称为嵌合抗原受体（CAR）的蛋白质，该蛋白质能够识别并结合到特定的癌细胞表面抗原。3）CAR的导入：经过基因工程改造的CAR-T细胞被重新注入患者的体内。这样，患者的体内就会存在一群具有特异性抗癌能力的CAR-T细胞。4）CAR-T细胞的活化：一旦CAR-T细胞进入患者体内，它们开始通过CAR与癌细胞表面的特定抗原结合。这个结合激活了CAR-T细胞，使其释放细胞毒素并直接攻击癌细胞。5）免疫记忆效应：CAR-T细胞不仅能够直接杀死癌细胞，还能激活患者的免疫系统，使其保持对癌细胞的记忆。这意味着即使一段时间后癌症复发，患者的免疫系统仍然能够迅速识别并攻击癌细胞。
艾米莉· 怀特海德（Emily Whitehead）是CAR-T细胞疗法的一位活生生的成功案例。以往开发抗癌药物，包括最新的靶向药物，我们的目标是“延长病人寿命，提高病人生活质量”。制药公司、监管机构和医生，没有任何人会不切实际地把“治愈癌症”作为目标，直到CAR-T出现！
2012年，5岁的美国女孩怀特海德被诊断患有急性淋巴细胞白血病（ALL），情况危急。患晚期白血病在所有传统疗法都失效的情况下生存时间不可能超过半年，于是她接受了CAR-T技术的实验性治疗手段，目前已经过了11年无癌生活。
细胞基因治疗
细胞基因治疗通过将外源性基因导入靶细胞，置换或校正缺陷和异常基因的表达，从而改变细胞的生物学特征，达到治疗疾病的目的。细胞基因治疗理论的奠基可追溯至中心法则，由于生命活动中遗传物质的传递与表达起着决定性的作用，人们开始思考如何通过调控基因和细胞来治疗疾病。CAR-T通过基因工程技术改造T细胞，而科学家是如何想到CAR的设计呢？
怀特海德每年打卡，以纪念无癌生存
传统的T细胞识别机制涉及主要组织相容性复合体（MHC），呈递抗原片段给T细胞。然而，很多肿瘤细胞通过减少MHC的表达来逃避免疫系统的监视和攻击。在CAR-T治疗中，CAR绕过了MHC的作用，直接与肿瘤细胞表面的抗原结合，因此不依赖MHC的呈递过程。这是CAR-T疗法的一项优势，使得CAR-T细胞能够识别广泛的抗原，包括那些可能减少或缺失MHC表达的肿瘤细胞。这也意味着CAR-T疗法可以用于多种患者，而不受个体MHC的限制。
20世纪后半叶，基因工程和细胞生物学的迅猛发展为基因细胞治疗提供了强大的工具和理论基础。技术手段的不断创新推动了治疗方法的多样化。这些技术手段包括：基于病毒和非病毒载体的递送系统；CRISPR、单碱基编辑（BE）、先导编辑（PE）等基因编辑技术；免疫细胞、干细胞等体外培养技术；反义核苷酸、RNA干扰与激活等小核酸技术。
随着基因相关技术的快速发展，基因药物在遗传、非遗传疾病领域的应用价值快速凸显，截至2023年12月8日，全球已有51款基因治疗产品获批上市，中国有6款，基因治疗迎来快速发展阶段。
基因治疗的分类
体外、体内基因治疗过程示例
创新药的研发
创新药物研发通常可分为三个主要阶段：基础研究、转化研究和临床研究。基础研究通过在各种模型中进行相关研究，以探索新的信号通路、遗传基因等分子机制层面的发现。临床研究则在人体中进行相关试验，以验证治疗方式的安全性和效果。
与公众通常的理解不同，基础研究和临床研究之间存在较大的间隔，而连接二者的是转化研究，又称为从实验室到病床的研究（bench-to-bedside）。一方面，基础科研需要通过更接近人体的稀缺模型（如原代细胞、组织样本、人源化小鼠等）来验证新机制是否与人体相同，并按照工业界标准进行验证，以确定相关发现的可靠性以及与疾病的相关性。另一方面，临床研究中的一些偶然发现，如特殊药物组合的有效性、特定人群的敏感性等，也需要在转化医学领域进行更深入的研究，以找出明确的分子机制并基于这些发现开发干预手段。
缺失转化研究：根不固而求木之长
缺乏转化研究的创新药面临着怎样的困境？来自布朗大学的阿提拉· 塞伊汗（Attila A. Seyhan）教授在2019年的一篇综述中提到了基础科研和临床研究之间存在的“死亡之谷”概念，包括研究成果的可重复性和临床相关性等问题，这些问题需要通过转化研究来解决。
不过，一些转化研究常常显得不够深入，其中包括：宣称在某适应证方面首创新机制，但靶点一直无法明确；对相关机制进行了若干探索性研究，但证据分散且不充分，或者孤证不立；药效实验结果模糊不清，难以重复验证；重要实验数据的可信度不足，得不到同行、客户和监管机构的高度认可；药代毒理剂量、给药频次探索不充分，临床方案设计面临困难；临床前或临床试验出现异常数据无法解释，不知如何干预或改进。
转化研究中的死亡之谷
药物研究和开发的跨部门协作团队和重要里程碑
CAR-T的转化研究做了什么呢？白血病是一组由恶性克隆性白细胞异常增殖引起的血液系统疾病，其中ALL是最常见的亚型之一。ALL通常表现为白细胞的异常增多，严重影响正常造血功能。
CD19是B细胞表面的抗原，也是CAR-T细胞疗法的主要靶点。CD19 CAR-T细胞疗法中，患者的T细胞被提取并通过基因工程技术改造，使其表达CD19特异性的嵌合抗原受体。这样，T细胞被赋予了针对CD19抗原的能力。在临床前阶段，研究人员研究并证明了CD19 CAR-T能特异性地识别并结合CD19抗原，一旦CAR结构与CD19结合，CAR-T细胞激活并释放细胞毒性物质，导致肿瘤细胞死亡。多个临床试验表明，CD19 CAR-T细胞疗法在治疗ALL方面取得了显著的有效性。
总体而言，从明确的靶点和疾病机理研究，到临床前符合药物设计原理的概念验证数据，再到可重复的、可信度高的临床数据，都为CD19 CAR-T疗法穿越死亡之谷打下了坚实的基础，成为一款能切实造福于患者的革命性疗法。
细胞基因治疗的产品开发及临床推进
一个创新药物从发现到最终上市，其中要经历从候选药物发现、临床前研究、新药临床试验（Investigational NewDrug，IND）申请、临床研究、新药申请（New Drug Application，NDA）到上市，以及上市后开发公司仍需对产品进行IV期临床研究和上市后监测等过程，其中的每一步都有可能会导致药物研发失败。
同时，药物研究和开发的过程是一个多学科、跨专业共同合作的过程，需要各个职能团队紧密、高效地合作，有序地配合。比如，一款细胞基因药物的产品开发到早期临床应用会包含早期研究（药物靶点的选择与确认、基因序列的设计与筛选、基因修饰与候选药物的设计与筛选等）、临床前研究（药理、毒理、药代动力学等）、药品开发（工艺开发与分析方法开发）、临床阶段（临床药理等）、药品生产（生产和质量管理）、药品注册，以及最后的市场和商业化。这个过程中，还会有商务拓展团队、战略分析团队等对市场分析和商业战略进行分析，不断寻找新的外部合作资源，沟通技术转让和知识产权管理，以前瞻性地预测未来疾病治疗的趋势和布局未来的新技术，为长远发展提前做好部署，并在竞争激烈的制药行业中保持竞争优势。
我国在基因药物领域的基础研究和临床试验开展较早，首个临床试验可追溯到1991年（B型血友病患者展开的基因药物治疗临床试验），但当时对基因药物的监管政策法规相对滞后，对于研究开发的多个环节设计的具体内容没有详细要求与规定，约束性不强。2003年，国家药监局发布“人类基因治疗研究和剂型质量控制技术指导原则”，逐步开始加强基因药物的监管。2018年，中国开始加强对基因药物及生物安全等领域的技术指导和法律法规制定。近年来，《基因治疗产品长期随访临床研究技术指导原则（试行）》《基因治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）》《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则（试行）》《体内基因治疗产品药学研究与评价技术指导原则（试行）》等文件相继发布，我国基因药物监管体系得到持续优化。相信随着监管体系及机制的不断完善，我国的基因药物领域也会迎来新的发展里程碑。
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本文作者陆渊是赋生元公司中国区负责人，生物医药高级工程师