1、沙利文市场研读 | 2021/06中国细胞与基因治疗产业发展白皮书China Cell and Gene Therapy Industry Development White Paper 2021年06月报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系沙利文独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经沙利文事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，沙利文保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。沙利文开展的所有商业活动均使用 “沙利文”的商号、商标，沙利文无任何前述名称之外的其他分支机构，也未
2、授权或聘用其他任何第三方代表沙利文开展商业活动。弗若斯特沙利文咨询（中国）2沙利文市场研读 | 2021/06摘要沙利文谨此发布中国细胞与基因治疗产业发展白皮书。本报告旨在分析中国细胞与基因治疗（Cellular and Gene Therapy, CGT）行业发展现状、行业特点、治疗领域、驱动因素及发展趋势，并聚焦中国医药CGT行业市场竞争态势，反映该市场领袖梯队企业的差异化竞争优势。2021年第二季度，沙利文对中国医药CGT行业进行了市场规模分析，反映了过去和未来几年全球和中国医药研发投入、细胞和基因疗法市场规模及治疗应用领域等。本市场报告提供的医药CGT行业分析亦反映出中国医药行业整体的
3、动向。报告最终对领袖梯队的判断、竞争趋势分析仅适用于本年度中国医药CGT行业发展周期。本报告所有图、表、文字中的数据均源自弗若斯特沙利文咨询（中国）调查，数据均采用四舍五入，小数计一位。患者需求及技术创新助推CGT行业增长CGT已在遗传病及恶性肿瘤领域取得重大成果，并为广大慢性病及传染病患者带来希望。这些疾病领域存在许多未被满足的临床需求，而CGT的独特优势有望从根源上治愈这类疾病。CGT技术包括载体递送技术、基因编辑技术、CAR-T细胞技术等的不断迭代创新也助力CGT行业快速发展。CXO发展带动CGT行业增长CXO能为小型制药、生物技术初创公司和虚拟医药公司提供必要的研发设施和GMP制造工厂
4、以及相关人才，其专业团队、丰富的生产平台和严格的质检措施为公司研发CGT产品节约成本，规避风险并缩短研发进程，推动了生物技术公司CGT研发的积极性，促进CGT行业发展。多元化医保支付模式将促进CGT商业化发展2016年至2020年，中国CGT市场复合年增长率为12%，预测未来中国CGT市场规模仍保持快速增长趋势。欧美国家多元化医保支付模式下，CGT的医保覆盖推动了其商业化发展。预计中国多元化医保体系也将为CGT商业化铺平道路。中国CGT行业未来可期（1）科学技术的进步创新为CGT产业发展蓄力；(2)政府鼓励研发，不断增加的研发开支刺激了药物及疗法创新；(3) CGT从根源治疗疾病，单次治疗带来
5、长期疗效，相比于传统药物有着独特优势；(4) 患者众多且存在许多未被满足的临床需求，CGT提供了新选择；(5) CGT上市产品主要应用于遗传性罕见病和恶性肿瘤，但临床试验治疗领域广泛，未来CGT将在更多疾病领域大放异彩；(6) 政府对CGT行业监管制度的完善和支持性政策，为其带来更多商机。3沙利文市场研读 | 2021/06目录名词解释-06细胞和基因治疗（CGT）定义与原理介绍-09基因治疗介绍-09细胞治疗介绍-10细胞和基因治疗发展历程-11中国CGT发展介绍-12CGT主要技术介绍-13CAR-T细胞技术介绍-14干细胞疗法介绍-15基因治疗技术-16病毒为载体的递送技术-16基因编辑
6、技术-17基因编辑技术比较-18CGT优势分析-19CGT应用一览-20CGT在遗传病治疗领域-21脊髓性肌肉萎缩-21地中海贫血症-22先天性黑蒙症-23CGT在恶性肿瘤治疗领域-24血液瘤-24黑色素瘤-26CGT在慢性病治疗领域-27糖尿病-27阿兹海默症-284沙利文市场研读 | 2021/06目录CGT在抗病毒治疗领域-29艾滋病-29美国CGT相关监管发展历程-31美国CGT相关主要政策-32中国CGT相关监管发展历程-34中国CGT相关主要政策-35美国FDA已批准CGT产品-37欧洲EMA已批准CGT产品-39CGT医保支付趋势分析-40全球CGT临床试验-41基因治疗临床试验
7、-42按治疗领域拆分-42按临床阶段拆分-43全球及中国CGT行业市场规模-44CAR-T细胞疗法市场规模-45中国CGT市场驱动力分析-46CGT产业的驱动力分析-47医药市场规模分析-47研发投入分析-48CXO分析-49投融资分析-50中国CGT市场发展趋势分析-51国内外CGT资本市场表现回顾-52国内外重要CGT公司介绍-53诺华-535沙利文市场研读 | 2021/06目录罗氏-53药明巨诺-54复兴凯特-54Bluebird-55Biomarin-55普瑞金-56科济生物-56方法论-57法律声明-586沙利文市场研读 | 2021/06名词解释NMPA：国家药品监督管理局。FD
8、A：美国食品药品监督管理局。CDE：国家药品监督管理局药品审评中心IND：Investigational New Drug，新药临床研究在进行临床试验前，需要进行的研究性新药（IND）申请。NDA：新药申请（New Drug Application）。指药物完成临床试验后向NMPA提交的新药注册申请。BLA：生物制品许可申请（Biologics License Application）。CGT：细胞和基因疗法（Cell and Gene Therapy）。CAR-T疗法：嵌合抗原受体 T 细胞（Chimeric antigen receptor T cell, CAR-T）疗法是指通过基因修饰
9、技术，将带有特异性抗原识别结构域及T细胞激活信号的遗传物质转入T细胞，使T细胞能够识别肿瘤细胞表面的特异性抗原，并通过释放多种免疫因子杀伤肿瘤细胞，从而达到治疗肿瘤的目的，而且还可形成T细胞免疫记忆从而获得特异性的抗肿瘤长效机制的疗法。TCR-T疗法：T细胞受体基因工程改造T细胞（T cell receptor-gene engineered T cells, TCR-T）疗法是指通过对自身T细胞进行肿瘤抗原特异性TCR基因工程改造，使之能够特异性识别肿瘤细胞并发挥抗肿瘤免疫反应的过继免疫治疗方法，对体内缺乏肿瘤特异性T细胞的患者是一种有效的治疗手段。临床研究：是医学研究和卫生研究的一部分，其
10、目的在于建立关于人类疾病机理、疾病防治和促进健康的基础理论。临床研究涉及对医患交互和诊断性临床资料、数据或患者群体资料的研究。临床试验：任何在人体（病人或健康志愿者）进行药物的系统性研究。已证实或揭示试验药物的作用、不良反应及/或试验药物的吸收、分布、代谢和排泄，目的是确定试验药物的疗效与安全性。药物靶点：存在于组织细胞内，与疾病发生有因果关系或参与疾病发展，与药物相互作用，并可通过药物对其进行调节而实现治疗目的的特定生物分子。药物靶点涉及受体、酶、离子通道、免疫系统、基因等。移植物抗宿主病：移植后异体供者移植物中的T淋巴细胞，以受者靶细胞为目标发动细胞毒攻击而导致的疾病。供者和受者HLA配型
11、的不合位点越多，发生严重移植物抗宿主病的可能越大。T细胞：来源于骨髓的多能干细胞。在人体胚胎期和初生期，骨髓中的一部分多能干细胞或前T细胞迁移到胸腺内，在胸腺激素的诱导下分化成熟，成为具有免疫活性的T细胞，主要功能是免疫调节。NK细胞：自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）是机体重要的免疫细胞，不仅与抗肿瘤、 抗病毒感染和免疫调节有关，而且在某些情况下参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生，能够识别靶细胞、杀伤介质。巨噬细胞：一种位于组织内的白血球，主要功能是对细胞残片进行吞噬作用，以此激活其它免疫细胞以对病原体做出反应。树突状细胞： DC细胞因其表面具有星状多形性或树枝状突
12、起而得名, 是机体功能最强的专职抗原递呈细胞，成熟的树突状细胞能有效激活初始T细胞，处于启动、调控、并维持免疫应答的中心环节。突变：指的是细胞染色体碱基发生改变，诱因包括紫外线、遗传、化学品、病毒等。7沙利文市场研读 | 2021/06名词解释基因敲除：是用含有一定已知序列的DNA片段与受体细胞基因组中序列相同或相近的基因发生同源重组，整合至受体细胞基因组中并得到表达的一种外源DNA导入技术，通常运用于基因的生物学功能研究。基因纠正：通过基因修改的工具对单个或多个突变的碱基进行改正，以达到恢复功能的目的。整合性载体：是能够与宿主染色体融合的病毒，通常缺乏酵母复制起点从而对融合有依赖性。非整合性
13、载体：不能够与宿主染色体融合的病毒，通常能够自我复制与组合。单链抗体可变区： 是由抗体重链的可变区与轻链的可变区在一段肽链的连接下构成的小分子，是具有抗体活性的最小功能结构单位。其具有分子质量小，穿透力强，半衰期短，免疫原性低等特点。胞内信号结构域：是细胞膜内的蛋白结构，能够自我硫酸化，并对下游信号蛋白磷酸化，以达到对域外信号进行传递和放大的目的。跨膜区：跨膜蛋白穿过细胞膜的部分，这个区域的突变能够影响分子信号传导。链接：为一小段（10-30）个水溶性的氨基酸组成的无规则的蛋白链，通常用来连接规则的蛋白域。CD3：分化簇3T细胞的共受体的肽链。CD28：CD28是T淋巴细胞表面表达的共刺激分子
14、，对T细胞的活化起到重要作用。4-1BB：属肿瘤坏死因子受体超家族成员（TNFRSF9），主要表达于活化的T细胞，是T细胞协同刺激分子，其配体为4-1BBL，二者结合可刺激T细胞（和B细胞）活化和增殖。OX40L：肿瘤坏死因子超家族成员（TNFSF4），表达于树突状细胞、B细胞等抗原提呈细胞表面，受体为表达于活化T细胞表面的OX40，能提供T细胞增殖和刺激信号，诱导Th2细胞产生细胞因子，促进B细胞分化成浆细胞，促进抗体产生等。IL-12：白细胞介素-12（IL-12）是具有广泛生物学活性的细胞因子，主要由激活的炎性细胞产生。IL-2R：IL-2受体（IL-2R）链具有传递信号的能力，靶细胞包
15、括T细胞、NK细胞、B细胞及单核巨噬细胞。STAT3/5：信号转导及转录激活蛋白3/5，对于辅助型T细胞的分化和激活至关重要。JAK：是一个细胞内非受体酪氨酸激酶家族，介导细胞因子产生的信号，对细胞分化至关重要。共刺激体：指能够和主要的刺激体蛋白协同加强信号传递的蛋白，比如淋巴细胞的激活。抗原：是指能引起抗体生成的物质，是任何可诱发免疫反应的物质。抗体： 是指机体由于抗原的刺激而产生的具有保护作用的蛋白质，由B细胞免疫反应分泌产生。穿孔素：是一种能够聚合的糖蛋白，能够对细胞膜产生巨大的结构改变，通常导致细胞溶解与死亡。细胞因子： 由免疫和非免疫细胞经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小
16、分子蛋白质。细胞因子一般通过结合相应受体调节细胞生长、分化和效应，调控免疫应答。免疫原性： 免疫原性是指能引起免疫应答的性能，即抗原能刺激特定的免疫细胞，使免疫细胞活化、 增殖、分化，最终产生免疫效应物质抗体和致敏淋巴细胞的特性。8沙利文市场研读 | 2021/06名词解释附加体：是存在于胞浆内的一种染色体外遗传物质。能与染色体配接者称为附加体，不能配接者称为胞质体。这些都属于耐药基因性物质，是细菌耐药性转移的重要因素。胰腺细胞：约占胰岛细胞的24%40%，分泌胰高血糖素，胰高血糖素作用同胰岛素相反，可增高血糖。胰腺细胞：约占胰岛细胞的60%80%，分泌胰岛素，胰岛素可以降低血糖。缺乏胰岛B细
17、胞将导致糖尿病的发生。脂蛋白粒子：由脂蛋白和脂质形成的不可自我复制的粒子体。sRNA：小核糖核酸，通常由用来抑制蛋白表达，其机制通常包括核糖核酸降解酶。转录：通过DNA复制RNA，通常由转录酶完成。逆转录：通过RNA转录DNA，通常由逆转录酶完成，是许多病毒的主要复制手段。酶替换疗法：通过注射人体所缺少的蛋白酶，对机体功能进行修补。CRO：合同研究组织（Contract Research Organization），是在医药研发过程中受医药公司委托进行部分或全部医学试验，以获取商业性报酬的机构。CDMO：合同研发生产组织（Contract Development and Manufacturi
18、ng Organization）。9沙利文市场研读 | 2021/06来源：沙利文分析细胞和基因治疗定义与原理介绍广义的细胞和基因治疗包括细胞治疗和基因治疗细胞治疗是指应用人自体或异体来源的细胞经体外操作后输入（或植入）人体，用于疾病治疗的过程。体外操作包括但不限于分离、纯化、培养、扩增、活化、细胞（系）的建立、冻存复苏等。细胞治疗主要可分为免疫细胞治疗、干细胞治疗和其它体细胞治疗。基因治疗是指通过基因添加，基因修正，基因沉默等方式修饰个体基因的表达或修复异常基因，达到治愈疾病目的的疗法。基因治疗主要可分为以病毒为载体的基因替代和非病毒载体的基因编辑。基因治疗介绍基因治疗是指将外源正常基因导入
19、到靶细胞内，校正或置换致病基因的一种疗法。通过这种疗法，目的基因或与宿主细胞染色体整合，或不整合位于染色体外，但能在细胞中得到表达，起到治疗疾病的目的。根据治疗途径，基因治疗可分为体内基因治疗和体外基因治疗。其中体内基因治疗是指将携带治疗性基因的病毒或非病毒载体直接递送到患者体内，获批药物如2019年经FDA批准的Zolgensma，是一种治疗脊髓性肌肉萎缩症的基于腺相关病毒载体的体内基因疗法；体外基因治疗则指将患者的细胞在体外进行遗传修饰后回输，获批药物如2017年FDA批准的Kymriah，是一种用于治疗难治或复发性B细胞前体急性淋巴性白血病（ALL）的基于慢病毒载体的体外基因疗法。逆转录
20、病毒载体治疗性基因定向造血干细胞细胞转导修饰细胞回输目的基因片段包含目的基因的腺相关病毒载体载体注射分裂期细胞体外治疗体内治疗图1：体外基因治疗和体内基因治疗过程示例10沙利文市场研读 | 2021/06来源：沙利文分析细胞治疗介绍细胞治疗采用生物工程的方法获取具有特定功能的细胞并通过体外扩增、特殊培养等处理后，使这些细胞具有增强免疫、杀死病原体和肿瘤细胞等功能，从而达到治疗某种疾病的目的。目前主要的细胞治疗方式为免疫细胞治疗和干细胞治疗。免疫细胞治疗，是指在体外对某些类型的免疫细胞如T细胞、NK细胞、B细胞、DC细胞等进行针对性的处理后再回输人体内，使其表现出杀伤肿瘤细胞，清除病毒等功能。经
21、过一段时间的发展，CAR-T细胞疗法已成为免疫细胞治疗中的热点。干细胞疗法，是指把健康的干细胞移植到患者体内，从而修复病变细胞或再建正常的细胞或组织。在临床上较常使用的干细胞种类主要有间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞、胰岛干细胞、脂肪干细胞等。干细胞凭借其多向分化、免疫调节以及分泌细胞因子等功能，成为细胞治疗研究的核心领域之一。细胞和基因治疗定义与原理介绍培养扩增干细胞分离免疫细胞改造后免疫细胞扩增免疫细胞质量检测并回输分离提取健康干细胞细胞回输改造免疫细胞并活化，例如将T细胞改造成CAR-T细胞分化成各类细胞修复或重建正常细胞免疫细胞治疗干细胞治疗临床细胞治疗根据细胞来源可分
22、为自体和异体细胞治疗。自体细胞治疗是指从患者自身外周血中分离免疫细胞或干细胞等再经过体外激活、扩增后回输入患者体内，修复正常细胞或直接杀死肿瘤细胞或者病毒感染细胞，调节和增强机体免疫功能。而异体细胞治疗的细胞来源于健康人体，当部分患者存在自身细胞活性不足、治疗效果不佳时，异体健康细胞可以弥补这一缺陷，但其也存在移植物抗宿主病（GVHD）、治疗效果有待验证和持久性等问题。图3：自体与异体细胞疗法示例1自体细胞治疗从患者自身分离细胞异体细胞治疗从健康人体分离细胞2细胞质检并输入患者体内图2：细胞治疗过程示例患者细胞改造激活细胞扩增健康人体自体与异体细胞治疗11沙利文市场研读 | 2021/06来源
23、：沙利文分析细胞和基因治疗呈现出从传统细胞治疗向与基因疗法相结合发展的趋势细胞和基因治疗发展历程发展阶段Friedmann和Roblin首次提出基因治疗的概念腺相关病毒（AAV）被首次用作基因递送载体CD19首次被证明是CAR-T细胞疗法的有效靶点深圳赛百诺的重组p53腺病毒注射液今又生(Gendicine)获得NMPA批准上市，成为全球首个基因治疗药物上海医药的溶瘤病毒药物安柯瑞(Oncorine)获NMPA批准，成为全球首款上市的溶瘤病毒药物荷兰UniQure公司的Glybera获得EMA批准，成为欧洲首个上市的基因治疗药物美国Kite Pharma的Tecartus获得FDA批准，成为全
24、球第三款CAR-T产品首次在实验室条件下研发出了CAR-T细胞，可有效存活、复制并清除前列腺癌细胞，证实了CAR-T治疗的可行性科学家首次对溶瘤病毒进行了基因改造，使溶瘤病毒治疗成为可能美国Spark Therapeutics的Luxturna获得FDA批准上市，成为美国首款基因疗法；美国诺华的Kymriah获得FDA批准，成为全球首款CAR-T产品；美国Kite Pharma的Yescarta获得FDA批准，成为全球第二款CAR-T产品FDA批准进行了全球首次人体基因治疗的临床试验时间美国BMS/Juno Therapeutics的Breyanzi获得FDA批准，成为全球第四款CAR-T产品
25、；美国BMS的Abecma获FDA批准，成为第五款CAR-T产品复星凯特的阿基仑赛注射液获得NMPA批准，成为中国首款商业化CAR-T产品Passage Bio公司研发的三款基因疗法获得美国FDA快速通道认定，开启基因疗法加速发展的新时代复星凯特的益基利仑赛注射液和药明巨诺的瑞基仑赛注射液向NMPA提交BLA申请1972 1984 1990 1991 2002 2003 2005 2012 2017 201972 1984 1990 1991 2002 2003 2005 2012 2017 2020202021 2021 传统细胞免疫治疗的局限性推动细胞治疗与基因治疗相结合发展异基因造血干细
26、胞移植和供体白细胞输注是临床上应用最早、目前使用最广泛的T细胞免疫治疗，但是这两种方法容易引起移植物抗宿主病（graft-versus-host disease，GVHD），是导致患者死亡的主要原因之一。因此，需要一种能特异性靶向肿瘤细胞的T细胞来平衡细胞免疫治疗的靶向活性和脱靶毒性。基因工程技术将外来基因通过病毒载体转入到T细胞，构建一种特异性靶向肿瘤相关抗原的T细胞，由此诞生了嵌合抗原受体修饰的T（CAR-T）免疫细胞治疗产品。与传统的细胞免疫过程相比，CAR-T细胞的独特之处在于能够识别肿瘤抗原无需主要组织相容性复合体（MHC）限制并通过共刺激分子信号增强细胞免疫的杀伤性，从而克服由于肿
27、瘤细胞下调MHC表达或抑制共刺激分子分泌而造成的免疫逃逸。基因工程技术、表达载体和基因递送方法设计的不断进步为CGT的发展提供了广阔的创新空间1970年代，限制酶、DNA连接酶和凝胶电泳的联合发现使DNA的特定片段能够从一种环境移动到另一种环境，例如将特定基因从染色体剪切到质粒上。时至今日，基因编辑技术主要包括：锌指核酸酶（ZFN）技术、转录激活子样效应因子核酸酶（TALEN）技术、规律性间隔的短回文序列重复簇（CRISPR）技术和单碱基编辑（Base Editing）技术。2019年，全球首次报道了利用CRISPR基因编辑技术敲除患者造血干细胞中的CCR5基因，随后将细胞回输至患者体内以治疗
28、艾滋病合并急性淋巴细胞白血病的患者的成功案例。此次治疗使用基因编辑技术在体外对干细胞进行了编辑，然后将免于HIV病毒入侵的干细胞回输病人体内，由此实现了患者长期稳定的造血系统和免疫系统重建，有望改变HIV在传统疗法中无法治愈的困局。12沙利文市场研读 | 2021/06中国细胞与基因治疗发展时间短，尚处于萌芽阶段，但在技术不断创新和政策的扶持下，CGT产业可实现快速发展，助力我国生物医药产业进入新时代中国CGT发展介绍来源：沙利文分析图4： 中国CGT与其它药物研发与发展周期比较中国CGT发展主要事件中国细胞与基因治疗在20世纪90年代已有临床研究，至2005年有两款针对实体瘤的CGT产品，但
29、是之后几年热度消散，直到2010年后细胞治疗开始受到各大药企及研发机构的青睐。2016年，魏则西事件一度导致一些细胞免疫管线研发进展滞后，然而随着相关技术指导与监管体系的完善，CGT发展迅速，大量CGT产品进入临床试验，生物技术公司争相布局CGT产业，复星凯特的阿基仑赛注射液于2021年6月获得NMPA批准，成为中国首款上市的CAR-T产品。1991国内首个基因产品临床试验开始，主治血友病国内首个批准上市的基因产品Gendicine，适用于晚期头颈癌国内首个批准上市的溶瘤病毒产品Oncorine，适用于鼻咽癌魏则西事件导致免疫细胞临床申请停滞国内两款CAR-T细胞治疗产品向NMPA申请上市，主
30、治血液瘤2003201620052020萌芽期迅速发展期成熟期周期行业形成并迅速发展竞争者数量增加竞争格局显露买方市场发生；规模经济出现弱势竞争者被淘汰企业规模小，市场竞争者少，市场潜力巨大行业特点新型药物和疗法市场环境发展阶段细胞治疗抗体药物基因治疗化药衰退期市场饱和；需求下降市场增长平稳更高的效率要求产品类别和竞争对手数量减少小分子靶向药药物发现阶段临床前研究阶段临床试验阶段靶点鉴别靶点确认筛选先导化合物优化先导化合物细胞活性与功能研究目的基因筛选和确认目的基因功能研究生物分析药理药效学研究药代动力学研究毒理学研究动物模型或替代性模型构建概念验证（POC）风险评估临床试验（I-III期）临
31、床试验现场管理数据管理与生物统计载体选择和构建复星凯特的阿基仑赛注射液获批上市，成为中国首款CAR-T产品2021研发阶段传统药物CGT13沙利文市场研读 | 2021/06CGT主要技术介绍来源：沙利文分析CGT技术分类细胞治疗相关技术基因治疗相关技术非基因编辑基因编辑病毒载体编辑非病毒载体编辑新型体细胞和干细胞培养技术角膜和视网膜修复造血干细胞相关治疗基因改造细胞技术CAR-T 细胞CAR-NK 细胞CAR-巨噬细胞DC细胞非整合性载体，治疗基因独立于靶细胞组基因表达腺病毒腺相关病毒疱疹病毒基因替代补充功能性基因基因编辑敲除或纠正错误基因整合性载体，常用于体外治疗，存在潜在的插入突变风险慢
32、病毒逆转录病毒基因敲除基因纠正CGT主要技术分类CGT技术按相关疗法可分为细胞治疗技术和基因治疗技术。细胞治疗技术以体外治疗方式为主，通常在体外对细胞进行改造激活并扩增；基因治疗技术则以体内治疗方式为主，运用病毒或非病毒载体将目的基因递送入患者体内以治愈疾病。细胞治疗技术又可分为非基因编辑细胞治疗方式和基因编辑细胞治疗方式，前者直接运用人体自身细胞如干细胞进行分化以修复或重建正常细胞，后者在治疗前对人体细胞进行基因修饰或编辑，修饰后的细胞具有靶向性的特点，从而达到治疗某种疾病的目的。基因治疗相关技术可分为病毒载体编辑技术和非病毒载体的编辑技术，前者依赖于病毒的易感染、易融合等特性，向患者体内输
33、送或者直接嵌入治疗基因，例如经过基因工程改造的溶瘤病毒可选择性在肿瘤组织内复制，进而杀伤肿瘤细胞。该类方法是20世纪初大多数基因疗法的基础。非病毒载体编辑具有靶向性、可控性等优势，对于单碱基的基因遗传疾病有着独特优势。14沙利文市场研读 | 2021/06CAR-T细胞技术是基于T细胞一种细胞免疫技术，T细胞通过基因编辑加入嵌合抗原受体，从而形成CAR-T细胞，能够有效地捕捉并杀死肿瘤细胞以达到治疗效果CAR-T细胞技术来源：沙利文分析CAR-T 结构简介CAR-T细胞技术迭代简介CAR-T细胞疗法自开创以来，已经历过五代技术更迭，第二代在第一代的基础上增加了一个共刺激体，增强了CAR-T细胞
34、的存活时间和治疗效果，是许多临床期CAR-T产品的模板。第三代产品在第二代基础上增加了第二个共刺激体，再次增强了CAR-T细胞的增殖和治疗效果。第四代和第五代产品都是通过直接或间接增加对于下游基因的表达或激活以达到增强治疗效果。CD3CD3CD28CD3CD284-1BB/OX40CD3CD28IL-12InducerIL-12CD3CD28IL-2RSTAT3/5JAK细胞外细胞内第一代第二代第三代第四代第五代单链抗体嵌合抗原受体主要由细胞外单链抗体、跨膜区和胞内信号结构域组成。嵌合抗原受体细胞通过体表嵌合抗原受体来靶向捕捉癌细胞体表的抗原，结合成功后，CAR-T细胞释放细胞因子，通过穿孔素
35、等对癌细胞进行靶向摧毁。图5： 嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）结构铰链区单链抗体可变区链接跨膜区胞外域胞内域胞内信号结构域图6：CAR-T细胞技术迭代15沙利文市场研读 | 2021/06干细胞疗法介绍来源：沙利文分析干细胞是一种可以自我更新分化的细胞，在恶性肿瘤以及代谢类疾病研究和临床使用中较为广泛，为传统药物治疗无效的患者提供了选择图7： 干细胞分类和简介干细胞治疗简介干细胞是一种可以自我更新以及分化的细胞，按分化潜能可以分为全能干细胞、多能干细胞以及单能干细胞。基于干细胞的技术广泛应用于临床研究和试验，长期以来造血干细胞移植一直是恶性血液肿瘤患者的主要治疗手段之一。临床研究和使用的干细
36、胞种类包括骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胰岛细胞、成纤维细胞。除此之外，于2006年发现的诱导性多能干细胞被证明可以用于修复小鼠体内视网膜和血管，为其在细胞替代疗法市场中开辟了独特的赛道。表1： 干细胞疗法与体细胞疗法比较干细胞疗法干细胞疗法体细胞疗法体细胞疗法细胞来源细胞来源患者本体、胚胎、诱导多能干细胞患者本体、健康的捐赠者主要技术主要技术细胞分化诱导、基因转移基因转移、基因编辑治疗原理治疗原理细胞再生和替代细胞修复或摧毁应用领域应用领域恶性血液瘤、软组织病、代谢消化病恶性肿瘤、遗传病、慢性病、传染病主要优点主要优点人体组织可再生靶向治疗、单次可治愈主要风险主要风险生物伦理、细胞过度
37、增殖、供体配型难基因编辑脱靶、基因转移和编辑效率低、长期安全性不详按发育阶段胚胎干细胞成体干细胞IPS细胞从早期胚胎中分离出来的能够体外无限增殖、更新、多向性分化的细胞已经分化的组织中能够自我更新并分化为特定组织细胞的未分化的细胞来自体细胞，通过表达干细胞特点转录因子进行重新编程并拥有分化能力的细胞美国(12)全能干细胞多能干细胞单能干细胞按分化潜能有早期胚胎细胞详细的形态特征和超强的分化能力，例如：胚胎干细胞、诱导多能干细胞（IPS细胞）有分化出多种组织细胞潜能，但发育潜能受到一定限制，例如：骨髓多能造血干细胞和间充质干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，例如：神经干细胞、肌肉
38、干细胞和脐血干细胞干细胞分类16沙利文市场研读 | 2021/06基于病毒为载体的基因递送技术因为其便捷、低毒性、可嵌入人体基因组等特性，广受研究者和药物开发者的青睐来源：沙利文分析基因治疗技术：病毒为载体的递送技术上市后的安全监控腺病毒腺相关病毒慢病毒疱疹病毒逆转录病毒基因组双链DNA单链DNA单链RNA双链DNA单链RNA大小70-90nm18-26nm80-130nm150-200nm80-130nm宿主种类分裂/非分裂细胞非分裂细胞为主分裂/非分裂细胞分裂/非分裂细胞分裂细胞货物基因容量8kb5kb8kb30kb8kb宿主整合 长时间表达 免疫原性高极低中等高中等临床应用举例Gendi
39、cine治疗头颈鳞癌应用场景广泛，血友病、SMA等常用病毒载体LentiGlobin治疗地中海贫血;Kymriah治疗B-ALLImlygic治疗黑色素瘤Yescarta治疗B细胞淋巴瘤病毒为载体的基因递送技术简介病毒因自身感染能力强十分适合作为载体向人体运送治疗基因，常见的病毒载体有腺病毒、腺相关病毒、慢病毒、疱疹病毒及逆转录病毒。体内基因治疗借助质粒或腺相关病毒、腺病毒等载体将功能基因直接递送入宿主细胞内以实现相关基因持续表达。体外基因治疗主要借助整合型病毒载体如慢病毒等在体外将基因导入前体细胞或干细胞基因组，伴随细胞分裂传递相关基因，再将细胞重新输入患者体内。经过了几代生物工程学的修改，
40、如今在研究和开发中使用的病毒具备复制可控性、低细胞毒性、基因片段大小可调节性、癌变风险低等特性，即使是当今流行的非病毒基因编辑技术也大量依赖病毒作为运送基因编辑配件的载体。在未来很长一段时间，病毒仍将在基因工程领域扮演重要的角色。表2：常用于基因治疗的病毒载体对比17沙利文市场研读 | 2021/06来源：沙利文分析基因治疗技术：基因编辑技术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锌指核酸酶（ZFN）基因编辑技术ZF1 ZF2 ZF3FokIFokIZF1 ZF2 ZF35353FokIFok ITAL
41、EN15353TALEN2TALEN基因编辑技术CRISPR/Cas9基因编辑技术基因组引导RNA细胞自主修复或者目的DNA目的DNAZinc finger nucleases,（ZFNs, 锌指核酸酶）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Fok I内切酶的核酸酶结构域组成。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
42、成了技术平台发展缓慢，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。Transcription activator like effector nucleases（TALENs，转录激活因子效应物）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，从而大大减少了ZFNs容易脱靶的问题。 得益于其低脱靶率，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
43、费用限制了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（guide RNA）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。这些优势促使了从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
44、。以Crispr Therapeutics和Editas Medicine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。199620112012图8：ZFN、TALEN及CRISPR/Cas9基因编辑技术18沙利文市场研读 | 2021/06来源：沙利文分析基因治疗技术：基因编辑技术比较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ZFN、TALEN及CRISPR/Cas基因编辑技术对比上市后的安全监控ZFNZFNTALENTALENCRISPR/CasCRI
45、SPR/Cas多重编辑复杂复杂简易靶向效率低低高脱靶率高低高表3：基因编辑技术的开发指标对比ZFNZFNTALENTALENCRISPR/CasCRISPR/Cas分子诊断应用少少多临床管线较多少多免疫反应较高低高表观遗传标记应用低较低高基因阻截应用少少多线粒体DNA编辑 胚胎编辑 RNA编辑 表5：基因编辑技术的临床研究与应用对比表4：基因编辑技术的技术指标对比ZFNZFNTALENTALENCRISPR/CasCRISPR/Cas开发成本高较高低开发周期长较长短开发难度高较高低低廉的开发价格、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，促成了CRIPSR/Cas技术的广泛使用。
46、简易的多重编辑、高靶向效率使CRIPSR/Cas成为了基因工程研究的加速器，为临床转化奠定基础。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。除了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。19沙利文市场研读 | 2021/06CGT优势分析来源：沙利文分析为难治性疾病治疗提供新选择从根源治疗疾病，单次治疗带来长期疗效独特作用机制促成研发优势CGT疗法为一些传统疗法无效、难治的疾病提供了新的治疗选择。以急性淋巴细胞白血
47、病（ALL）为例，ALL是一种起源于T系淋巴祖细胞的恶性肿瘤性疾病，原始细胞在骨髓异常增生聚集并抑制正常造血，导致贫血、血小板减少和中性粒细胞减少；原始细胞也可侵及髓外组织，引起相应病变。化疗通常是ALL的第一步，旨在迅速、最大限度杀伤白血病细胞，恢复骨髓正常造血功能。目前，联合化疗方案是治疗ALL的主要方法之一，尽管多数患者可以达到较好治疗效果，但仍有少部分化疗无效或化疗后复发患者，而对于复发难治性ALL患者缺乏治疗手段。2017年，FDA批准了诺华研发的药物Kymriah，成为全球首个获批的CAR-T产品，用于治疗难治或复发性B细胞前体急性淋巴细胞白血病，为化疗无效或复发的患者提供了新的治
48、疗选择。CGT为难治性疾病治疗提供了新选择，并可带来长期疗效，相比于传统药物存在独特研发优势在生物体内，遗传信息的标准传递流程沿着“DNARNA蛋白质”的方向逐级传递。基因表达的产物通常是蛋白质，大多数疾病发生时也多表现为蛋白质层面的异常。传统化药和大分子抗体药物旨在通过调节蛋白质的功能来治疗疾病，但CGT疗法往往直接靶向DNA，通过对DNA的调控来改变蛋白质的性状，实现从源头上治疗，这使得彻底根治遗传性疾病成为可能。从根源治疗疾病也能实现单次治疗带来的长期疗效。以治疗脊髓性肌萎缩症（Spinal Muscular Atrophy,SMA）为例，这是一种常染色体隐性遗传病。SMA的发病源于SM
49、N基因的双等位缺失或突变，导致脊髓内的-运动神经元变性萎缩，引起患者身体躯干和四肢近端骨骼肌发生渐进性、对称性肌无力、肌萎缩，患者会逐渐丧失包含呼吸、吞咽等各种运动功能。由于发病机制为SMN1基因致病性突变引起其编码的运动神经元存活蛋白表达水平下降或功能丧失，SMA的治疗方式是增加具有完整功能的SMN蛋白的含量。目前获批的小分子药物依然需要终身服药以治疗。Novartis的Zolgensma利用AAV9载体递送SMN1基因靶向脊髓运动神经元发挥作用，同此前的疗法相比，Zolgensma无需长期给药，它只需通过一次静脉注射，便可实现长期稳定的治疗效果，可根本性解决1型SMA的遗传病因，一次性治愈
50、遗传病。根据START临床长期随访数据，接受Zolgensma治疗的患者达到了该疾病自然史中里程碑式的运动目标，且给药后近四年内疗效未减弱。不同于传统小分子药物和抗体药物在蛋白质水平进行调控，CGT直接靶向DNA发挥作用，因此对于致病基因清晰而蛋白质水平难以成药的靶点具有独特优势，例如KRAS基因突变在头颈鳞癌、结直肠癌、胰腺癌等许多恶性肿瘤中比例较高，但因KRAS表面光滑，完全位于胞内、与底物亲和力高、不同亚型同源性高等特征，导致靶向KRAS的药物进展缓慢，而对KRAS基因突变位点的研究将可以解决KRAS蛋白“难以成药”这一难题。此外，核酸序列的设计与合成相较于传统小分子药物和抗体药物难度较
