“基因魔剪”技術(shù)問(wèn)世后引發(fā)全球風(fēng)暴

CRISPR/Cas9這項(xiàng)明星技術(shù)自2002年問(wèn)世以來(lái)一直備受關(guān)注。該技術(shù)分別在2012、2013和2015年3次入選Science評(píng)選的“世界十大科學(xué)突破”，并被媒體評(píng)為21世紀(jì)最有影響的十大技術(shù)之一，也被認(rèn)為是諾貝爾獎(jiǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

• 市場(chǎng)規(guī)模方面，全球基因編輯（包括CRISPR、TALEN和ZFN）的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2017年的31.9億美元增長(zhǎng)到2022年的62.8億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為14.5%[1]。其中，CRISPR技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模將從2018年的5.62億美元增長(zhǎng)到2023年的17.15億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)到25%[2]。這背后的驅(qū)動(dòng)因素包括政府和私人機(jī)構(gòu)的資助不斷增長(zhǎng)，以及未來(lái)CRISPR技術(shù)的高度普及。
• 融資情況方面，2018年全球TOP5基因編輯非上市公司募集資金總額已超過(guò)10億美元。預(yù)計(jì)未來(lái)全球基因編輯相關(guān)公司融資額度將持續(xù)高漲。
• 疾病領(lǐng)域方面，基因治療的“觸角”已由最初的單基因遺傳性疾病延伸至更廣泛的疾病領(lǐng)域如腫瘤、鐮刀貧血癥、血友病、艾滋病、乙肝、遺傳性精神病、自身免疫性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病以及代謝性疾病等。
• 研究文章方面，近五年內(nèi)，有超過(guò)6500篇CRISPR技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表（見(jiàn)下圖），這個(gè)數(shù)量仍在每年遞增，說(shuō)明CRISPR技術(shù)已經(jīng)成為目前基因編輯領(lǐng)域最炙手可熱的研究工具。

圖1 2015-2019年全球發(fā)表CRISPR主題文獻(xiàn)數(shù)量

數(shù)據(jù)來(lái)源：Pubmed

CRISPR/Cas9 發(fā)展概述

CRISPR技術(shù)發(fā)現(xiàn)的前前后后經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。最初于1987年，日本學(xué)者在K12大腸桿菌的堿性磷酸酶基因發(fā)現(xiàn)了串聯(lián)間隔重復(fù)序列；隨后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種序列在細(xì)菌和古細(xì)菌的基因組中廣泛存在。

2002年，該技術(shù)被Jansen正式命名為CRISPR，中文就是“成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列”，而在這個(gè)系統(tǒng)中常用到的核酸內(nèi)切酶為Cas9。

之后經(jīng)過(guò)6年的研究，終于在2005-2008年間證明了這種重復(fù)序列與細(xì)菌獲得性免疫的關(guān)聯(lián)。利用這個(gè)系統(tǒng)，細(xì)菌可以不動(dòng)聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除，這是細(xì)菌特有的免疫系統(tǒng)。

2012年底，Doudna和Charpentier為通訊作者的研究首次在體外系統(tǒng)中構(gòu)建了CRISPR/Cas9，即可編輯的短RNA介導(dǎo)的DNA核酸內(nèi)切酶，標(biāo)志著CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的問(wèn)世[3]。

2014年Broad研究所（張鋒團(tuán)隊(duì)）率先獲得美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局關(guān)于CRISPR/Cas9技術(shù)的第一個(gè)專(zhuān)利授權(quán)。

CRISPR/Cas9技術(shù)的先驅(qū)者們，包括張鋒以及兩位女性科學(xué)家珍妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）和艾曼紐·夏邦杰（Emmanuelle Charpentier）(如下圖)。

圖2 張鋒、Doudna和Charpentier

數(shù)據(jù)來(lái)源：藥渡咨詢(xún)整理

三位科學(xué)家在獲得了眾多榮譽(yù)和獎(jiǎng)項(xiàng)的同時(shí)也獲得了商業(yè)上的巨大成功：Editas Medicine，Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics“三大先驅(qū)”公司分別在2016年2月、5月和10月IPO上市（關(guān)于三大先驅(qū)公司及其產(chǎn)品的詳細(xì)介紹將在下期公眾號(hào)發(fā)布）。

CRISPR/Cas9 專(zhuān)利之爭(zhēng)

CRISPR/Cas9技術(shù)專(zhuān)利權(quán)之戰(zhàn)更像是一段頗具傳奇色彩的故事，其圍繞著“在真核細(xì)胞中使用CRISPR/Cas9技術(shù)”展開(kāi)。

這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的導(dǎo)火索是從2014年Broad研究所（張鋒團(tuán)隊(duì)）率先獲得美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局關(guān)于CRISPR/Cas9技術(shù)的第一個(gè)專(zhuān)利授權(quán)。而加州大學(xué)伯克利分校（Doudna）關(guān)于CRISPR/Cas9技術(shù)用于編輯細(xì)菌、植物、動(dòng)物和人類(lèi)等所有類(lèi)型細(xì)胞的專(zhuān)利申請(qǐng)遲遲沒(méi)獲批。實(shí)際上Doundna的專(zhuān)利比張峰的早提交約7個(gè)月。但是由于張峰的專(zhuān)利申請(qǐng)了快速通道，專(zhuān)利還是授權(quán)給了張鋒團(tuán)隊(duì)。這意味著張鋒團(tuán)隊(duì)擁有在除細(xì)菌之外的所有生物，包括老鼠、豬和人身上使用CRISPR/Cas9的權(quán)力。

再把時(shí)間往前推，早在2012年，Doudna和Charpentier就合作在《Science》雜志上率先發(fā)表了CRISPR/Cas9在試管中精確切割細(xì)菌（原核細(xì)胞）DNA的文章。僅隔半年，張鋒課題組于2013年年初在《Science》雜志上發(fā)表了首次在人類(lèi)細(xì)胞（真核細(xì)胞）上實(shí)現(xiàn)CRISPR/Cas9基因編輯的論文[4]。

基于上述歷史，2015年加州大學(xué)伯克利分校提起訴訟，以爭(zhēng)奪回這一專(zhuān)利的歸屬權(quán)。至此，專(zhuān)利之爭(zhēng)正式拉開(kāi)帷幕。

經(jīng)過(guò)2年多雙方的舉證和論戰(zhàn)，2017年年初，美國(guó)專(zhuān)利局審查與上訴委員會(huì)就CRISPR/Cas9技術(shù)的專(zhuān)利糾紛案做出裁決，裁定張鋒所在的博德研究所保留2014年獲得的CRISPR/Cas9技術(shù)專(zhuān)利權(quán)，與加州大學(xué)伯克利分校的專(zhuān)利申請(qǐng)沒(méi)有沖突，這使得Doudna和Charpentier（莎邦蒂）擁有的基因編輯專(zhuān)利失去廣泛性。

雖然加州大學(xué)伯克利分校于2018年7月向美國(guó)聯(lián)邦巡回法院提交上訴書(shū)，對(duì)美國(guó)專(zhuān)利審判和上訴委員會(huì)今年初做出的裁定表示異議，但是兩個(gè)月后即2018年9月，美國(guó)聯(lián)邦巡駁回上訴法院裁定，維持美國(guó)專(zhuān)利審判與上訴委員會(huì)的判決，即Broad研究所將繼續(xù)擁有在真核生物中使用CRISPR/Cas9基因編輯的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

不過(guò)，在美國(guó)專(zhuān)利判決的勝利，并不代表贏得其他地區(qū)的專(zhuān)利權(quán)屬。Broad研究所在歐洲的命運(yùn)與美國(guó)完全不同。2018年1月，歐洲專(zhuān)利局撤銷(xiāo)了Broad研究所的基礎(chǔ)專(zhuān)利，這意味著張鋒團(tuán)隊(duì)面臨著喪失歐洲CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)上的主導(dǎo)地位的危險(xiǎn)。

而加州伯克利分校在美國(guó)以外地區(qū)的專(zhuān)利權(quán)勝利卻“節(jié)節(jié)攀升”，中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局（SIPO）于2018年6月已授予加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)原核生物和真核生物CRISPR/Cas9基因編輯的專(zhuān)利權(quán)，這是其在歐美與Broad研究所發(fā)生法律糾紛的同一專(zhuān)利。歐洲專(zhuān)利局（EPO）也批準(zhǔn)了加州大學(xué)的這項(xiàng)廣泛性權(quán)利要求的專(zhuān)利。

當(dāng)然，這場(chǎng)專(zhuān)利糾紛比人們想象的更加復(fù)雜。除了加州大學(xué)伯克利分校和Broad研究所，還有默克MilliporeSigma、韓國(guó)ToolGen、立陶宛的維爾紐斯大學(xué)（Vilnius University）和美國(guó)哈佛大學(xué)等，這六家均是早期向歐洲專(zhuān)利局提交CRISPR/Cas9技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的申請(qǐng)人。

盡管專(zhuān)利之爭(zhēng)仍在持續(xù)，但這不會(huì)影響CRISPR/Cas9技術(shù)商業(yè)化的腳步。

基因編輯技術(shù)前景

目前，一款藥物的研發(fā)需要花很長(zhǎng)時(shí)間，除了證明其臨床有效性之外，還需要確保藥物的安全性，徹底了解藥物的不良反應(yīng)。同時(shí)，藥物的開(kāi)發(fā)及開(kāi)發(fā)流程均需符合國(guó)家的藥品監(jiān)管政策，這也在一定程度上延長(zhǎng)了藥物的研發(fā)時(shí)間。有些藥物研發(fā)進(jìn)程長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。

然而，應(yīng)用基因編輯技術(shù)可以將定制療法更快地推向市場(chǎng)，加速了藥物研發(fā)進(jìn)程。其中，CRISPR技術(shù)更加方便和靈活，它能快速地識(shí)別潛在的目標(biāo)基因，通過(guò)“敲除”或“敲入”不同的基因，為研究人員提供了一種更快捷、更準(zhǔn)確地研究成千上萬(wàn)個(gè)基因的方式，確定哪些基因發(fā)生突變或表達(dá)異?？赡軐?duì)特定疾病產(chǎn)生影響，從而使得臨床前和臨床實(shí)驗(yàn)更加高效。

目前看來(lái)，單基因遺傳疾病是基因療法最為理想的應(yīng)用領(lǐng)域之一。例如，血液系統(tǒng)的單基因疾病如β-地中海貧血或鐮狀細(xì)胞病就是基因治療的理想對(duì)象，該類(lèi)疾病能夠在體外進(jìn)行治療（又稱(chēng)為離體治療）。患者的血細(xì)胞可以被取出，用CRISPR技術(shù)對(duì)其進(jìn)行基因編輯之后，將無(wú)缺陷的基因引入到這些細(xì)胞中，再用化學(xué)手段篩選出基因缺陷得到修正的紅細(xì)胞，并將這些紅細(xì)胞移植回患者體內(nèi)，以達(dá)到治療的目的。

總體來(lái)說(shuō)，基因編輯技術(shù)應(yīng)用前景巨大，將在未來(lái)的醫(yī)藥研發(fā)市場(chǎng)中占據(jù)強(qiáng)有力的市場(chǎng)地位。

基因編輯技術(shù)局限性

不可否認(rèn)的是，任何一項(xiàng)基因編輯技術(shù)都有局限性，不管是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)還是使用倫理風(fēng)險(xiǎn)。

CRISPR技術(shù)雖有高效、快捷、簡(jiǎn)便、成本較低，且不受物種限制等優(yōu)點(diǎn)，但其始終有不可預(yù)測(cè)和不可控的脫靶風(fēng)險(xiǎn)，并且不適用于復(fù)雜的基因改造項(xiàng)目。而近一年吵得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“基因編輯嬰兒”事件，再一次引起了全球基因?qū)W界的廣泛關(guān)注，把CRISPR技術(shù)推上了風(fēng)口浪尖。雖然案件審判已經(jīng)結(jié)束，但三位已出生的基因編輯嬰兒對(duì)人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)影響是無(wú)法估計(jì)的。

誠(chéng)然，基因技術(shù)的發(fā)展方向是不斷精準(zhǔn)化并提高安全性，但目前其在精準(zhǔn)度、效率及安全性上仍存在不足，人類(lèi)距離可控的使用基因編輯技術(shù)，還有很長(zhǎng)的路要走。

參考文獻(xiàn)

[1]Genome Editing/Genome Engineering Market by Technology, Application, End User - Global Forecast 2022. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/genome-editing-engineering-market-231037000.html

[2]CRISPR Technology Market by Product, Service, Application, End User - Global Forecast to 2023. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/crispr-technology-market-134401204.html

[3] Who Owns the Biggest Biotech Discovery of the Century? (http://www.technologyreview.com/featuredstory/532796/who-owns-the-biggest-biotech-discovery-of-the-century/)