經(jīng)過多年來的技術積累，基因治療產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐步走向成熟，引領著生物醫(yī)藥的第三次產(chǎn)業(yè)革命。但在這一領域中，遞送策略一直是困擾行業(yè)發(fā)展的重要瓶頸之一。2020年，因在CRISPR領域的卓越貢獻而獲得諾貝爾獎的Jennifer Doudna也曾感嘆“遞送可能仍然是體細胞基因編輯的最大瓶頸”。

近日，Nature Biomedical Engineering和Nature Biotechnology接連發(fā)文，均指向一種介于病毒載體與非病毒載體之間的類病毒體（virus-like particle, VLP）遞送技術，在這兩篇研究報道中，都是遞送的CRISPR/Cas9 mRNA，分別在濕性年齡相關黃斑變性和皰疹性基質(zhì)性角膜炎小鼠模型中展現(xiàn)了治療潛力。

VLP-mRNA遞送技術是由上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院蔡宇伽教授團隊和復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院洪佳旭主任團隊合作開發(fā)的全球首創(chuàng)的基因治療遞送載體技術。此前，該團隊還基于這項核心VLP-mRNA遞送技術開發(fā)了針對此次新冠病毒的mRNA疫苗，并發(fā)表了當時首個mRNA新冠候選疫苗的動物數(shù)據(jù)。

VLP-mRNA具有解決體細胞基因治療（包括基因編輯等）的遞送技術瓶頸的強大潛力，由蔡宇伽教授作為聯(lián)合創(chuàng)始人的本導基因基于這項技術目前已經(jīng)創(chuàng)建了BDmRNA技術平臺，并針對各類適應癥建立了廣泛的研發(fā)管線，包括基于VLP-mRNA的基因治療策略和疫苗等，旨在推進這一技術的臨床轉(zhuǎn)化。去年6月，這家成立于2018年的新銳公司已經(jīng)完成了千萬級pre-A輪融資。

BDmRNA技術平臺研發(fā)管線

mRNA技術：新冠疫情下冉冉升起的新型策略

整個基因治療產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展至今，已經(jīng)與最初的定義有所不同，逐步形成了多個細分領域（例如，根據(jù)基因修飾層面不同可以分為基于DNA的基因治療和基于RNA的基因治療），并且涌現(xiàn)了多層次的代表產(chǎn)品。

其中，基于mRNA開發(fā)新的預防和治療方法在過去幾年中越來越受到人們的關注，其極具吸引力的兩個應用方向中，一個是用作癌癥和病毒感染疾病的mRNA疫苗，另一個是針對不可靶向基因病的治療；根據(jù)以上發(fā)表的兩項研究，其在

基因編輯基因治療領域也將大有作為；具體應用領域主要包括傳染病疫苗、腫瘤免疫療法（癌癥疫苗）、治療性蛋白質(zhì)替代療法和遺傳疾病治療。

針對此次的新冠病毒，基于mRNA技術更是極具先發(fā)優(yōu)勢的開發(fā)出了疫苗候選產(chǎn)品，說其是目前生物藥創(chuàng)新技術中最受關注的一個細分領域我想也不為過。

新冠或許造就了mRNA技術更廣泛的為人所知的契機，但事實上這一領域的前景，在更早的時候就已被資本所青睞，自2015年以來，三家具有代表性的mRNA治療公司——Moderna Therapeutics、BioNtech和CureVac——總共吸引了28億美元的私人投資，并屢次傳下生物技術行業(yè)的融資神話，目前，這三家公司都已經(jīng)在納斯達克上市。

▲私人RNA治療公司的融資（a）上市RNA治療公司的市值（b）

圖片來源：（Nature Reviews Drug Discovery）

理論上，mRNA具有合成“任意一種蛋白”的潛力，利用它可以將細胞中的蛋白質(zhì)制造引擎轉(zhuǎn)變?yōu)椤八幬锕S”，對治療各種疾病具有很大的希望。

對于mRNA疫苗和某些mRNA藥物，給藥相對簡單。手臂刺傷后，肌肉細胞吸收mRNA并產(chǎn)生病毒蛋白。免疫系統(tǒng)將蛋白質(zhì)視為外來物質(zhì)，并產(chǎn)生抗體和T細胞，使機體抵抗未來的入侵，在包括SARS-CoV-2在內(nèi)的各類病毒傳染性疾病中都相關候選產(chǎn)品正在進行臨床開發(fā)。

另外，基于mRNA的疫苗策略尤其在腫瘤免疫領域中獨具前景，這也是目前mRNA療法的一個主要探索方向。通過肌肉、皮下或腫瘤的局部注射提供的這些基于mRNA的療法，編碼腫瘤蛋白或免疫信號分子，幫助增強人體免疫系統(tǒng)對癌細胞的攻擊。值得一提的是，相比全球疫苗市場，全球癌癥疫苗市場規(guī)模似乎增長更快，2019年為46億美元，預計到2024年將達到101億美元，復合年增長率為17.28%。

相對而言，那些替代有益蛋白質(zhì)治療慢性病的mRNA藥物比疫苗則更難進入臨床。這些藥物面臨著將mRNA靶向特定組織并提供強大而持久的益處而又沒有過度副作用的挑戰(zhàn)。因此一直以來，這類療法的開發(fā)相對較少。

無論如何，新興的mRNA療法領域至今的成果是令人興奮的，大量積累的相關臨床前數(shù)據(jù)以及已經(jīng)開始的一些早期臨床數(shù)據(jù)都共同推動了其此次在新冠疫情大環(huán)境中取得至關重要的勝利，隨著技術的進一步發(fā)展和成熟，基于mRNA的各類治療策略將逐步實現(xiàn)治療和預防人類疾病的設想。

遞送仍是主要挑戰(zhàn)

目前在基因治療領域，遞送系統(tǒng)的挑戰(zhàn)已經(jīng)是一個老生常談的問題，這類藥物最終在臨床發(fā)揮藥效的絕大部分取決于一個高效的遞送系統(tǒng)，mRNA療法也是如此。

雖然裸mRNA的有效性在包括肌肉注射、皮下注射或皮內(nèi)注射中已經(jīng)得到證實，并且可以避免其他與系統(tǒng)性施用mRNA相關的障礙（例如，通過肝臟、腎臟和脾臟從血流中清除）；但是，表皮最外層的角質(zhì)層對局部給藥的吸收形成了嚴密的屏障，mRNA在不存在遞送系統(tǒng)的情況下，在細胞膜上的滲透非常低。

盡管微穿孔、微針、電穿孔、超生滲透等策略都被開發(fā)用于克服該障礙，但是mRNA的半衰期約為7小時，極易被降解。其固有的不穩(wěn)定性以及對酶促降解的高度敏感性，加之mRNA的超大尺寸和高負電荷等相關多種障礙，使得其遞送策略的開發(fā)壁壘進一步拔高，嚴重阻礙了這一策略的臨床轉(zhuǎn)化。

因此，進一步改進mRNA的遞送系統(tǒng)一直是該領域的重要瓶頸，目前，科學界在主要的病毒載體和非病毒載體兩個大方向上都有諸多嘗試，而介于病毒載體與非病毒載體之間的類病毒體（VLP）遞送策略無疑對目前的遞送現(xiàn)狀增添了更為新鮮的血液。

病毒載體中，慢病毒載體可以高效感染幾乎所有細胞，AAV載體的遞送效率也非常高，目前已經(jīng)被應用于臨床上的體內(nèi)外基因治療，是一個相對成熟的遞送技術。但是病毒載體具有與基因組整合相關的關鍵缺陷，以及可能的宿主排斥（免疫原性和細胞毒性）。此外， AAV用來遞送CRISPR等基因編輯工具時可能會面臨編輯工具長時間甚至終身表達的安全性問題，同時還可能造成潛在的脫靶以及免疫反應。因此，在mRNA遞送領域，對非病毒載體的需求也被激發(fā)。

基于脂類或類脂化合（lipidoids）的載體代表了目前最常用的非病毒載體。各種合成的和天然衍生的脂質(zhì)已經(jīng)被用來形成脂質(zhì)體或脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)，兩者都被報道可以有效地遞送基于mRNA的疫苗，其中LNP是目前核酸藥物領域應用較廣泛的一種遞送類型，由于其比較容易被抗原呈遞細胞吸收，因此最常被用于疫苗，目前三大mRNA疫苗巨頭企業(yè)，Moderna、CureVac和BioNTech均采用了LNP遞送技術。但是，LNP在體內(nèi)基因治療應用方面，其遞送效率不高。

盡管這些遞送載體已經(jīng)廣泛應用于基因治療和mRNA疫苗的基礎研究和臨床研究，但在CRISPR等基因編輯技術這一特定細分領域，其臨床應用有著安全性和有效性的雙重標準，病毒載體的安全性問題和LNP等非病毒載體的效率上的挑戰(zhàn)使得遞送系統(tǒng)的需要進一步開發(fā)和探索。

VLP遞送系統(tǒng)利用mRNA莖環(huán)結(jié)構與噬菌體衣殼蛋白特異識別的原理，通過病毒工程技術，將病毒和mRNA兩者的優(yōu)點完美的結(jié)合起來，創(chuàng)造了新型遞送技術VLP-mRNA，其一方面借助了病毒的外殼，使得其感染細胞的效率特別高，另一方面，則基于mRNA的自身瞬時性的特點，能讓基因編輯治療更加安全可控，其在遞送CRISPR/Cas9的研究中表明，與長時間表達Cas9的病毒系統(tǒng)相比，通過VLP-mRNA遞送Cas9 mRNA, Cas9的存在時間只有72小時，同時，其可以顯著降低、甚至完全避免脫靶效應。

此外，在基因載荷方面，AAV 載體只能遞送4.7個kb大小的基因，而經(jīng)典的 CRISPR/Cas9編輯系統(tǒng)則較大，通常無法通過一個病毒載體來遞送整套的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，而需要兩個病毒載體分開提遞送。VLP-mRNA則可以遞送整個CRISPR元件（Cas9與gRNA）,克服了AAV載體運載能力小的限制。同時，隨著基因編輯技術的進一步發(fā)展，更大的堿基編輯工具也已逐步挺進基因編輯研發(fā)領域，VLP-mRNA則有望成為其有利的遞送工具。

結(jié)語

一類新型策略的出現(xiàn)并不是對以前傳統(tǒng)方法的否決，更多的是互相填補在整個潛在應用領域的空白。相信隨著越來越多的技術瓶頸被突破，mRNA疫苗和基于mRNA的其他治療策略，以及整個基因治療領域的潛力都將被進一步釋放，最終造福廣大患者。

參考出處：

1.Nature Reviews Drug Discovery

2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7076378/#B81-pharmaceutics-12-00102

3.https://www.sciencemag.org/news/2020/12/messenger-rna-gave-us-covid-19-vaccine-will-it-treat-diseases-too

4.Nature Biomedical Engineering

5.Nature Biotechnology

6.WHO官網(wǎng)