2018基因编辑与基因治疗国际研讨会演讲嘉宾摘要（二）

以CRISPR-Cas9为代表的基因编辑技术从发现到应用， 至今已经走过5年多的时间。毋庸置疑，它开辟了生命医学研究的一个新时代。

首先是以基因编辑技术为代表的基因治疗, 使很多罕见遗传病有望被治愈，如血友病、杜氏肌营养不良（DMD）症、地中海贫血症、亨庭顿舞蹈症等；其次，基因编辑改造的T细胞在肿瘤免疫治疗上有望实现规模化制备。通用CAR-T有可能成为未来的白血病治疗的标准方案之一；第三，基因编辑技术与干细胞结合有望促进再生医学领域的应用，特别是中国科学家通过基因编辑技术，首次人工改造出遗传增强的“超级”干细胞。

除CRISPR-Cas9外，基因编辑系统的分类与功能进一步完善。在原有CRISPR/Cas9系统基础上，又有一些新的或改进的基因编辑技术出现，以提高其编辑效率，降低脱靶效应，使用更安全。

然而，如何规范基因编辑技术的合理应用，如何促进基因编辑技术的临床转化，是值得探讨的问题。另外也有许多科研工作者和临床医生关心基因治疗的临床进展。为此，生物谷将举办2018基因编辑与基因治疗国际研讨会，邀请国内外一线专家, 临床医生深入研讨，推动交流与合作。

以下是本次研讨会的部分嘉宾的演讲摘要，更多相关资讯可登录会议官网：2018基因编辑与基因治疗国际研讨会

演讲题目：微生物基因编辑技术及在合成生物学中的应用

基因编辑技术一种是对生物体内源基因进行精准改造的工程技术，在基础生物学和生物技术研究中地位重要。利用基因编辑技术实现对生命系统编程、代谢途径的模块化处理、元器件间的组合优化等是目前合成生物学的研究热点。自从1976年 Witkin等人利用紫外诱变改造微生物以来，基因编辑技术经历了40多年的发展，由不可调控的随机突变到依赖筛选标记和重组酶的基因打靶技术，以及近年来迅速成熟起来的反筛系统和CRISPR基因编辑技术。为实现微生物高效无痕地基因编辑，我们也开发出了各种新型的微生物基因编辑技术，包括DNA 甲基化模拟系统（MoDMP）、抗毒素开关调控的毒素反筛系统（TCCRAS）和基于限制性修饰系统的基因编辑技术（RMGE）等。与传统的基因打靶技术相比，新型的基因编辑技术具有更高效、简便的优势，尤其在对大片段基因簇的插入与调控方面，显著提高了我们精确改变细胞基因组的能力。利用基因编辑技术进行代谢途径重构、特殊编程及模块优化，使得合成生物学的应用扩展到了生物医药、天然产物合成、生物燃料生产和合成新物种等多个研究领域。因此，基因编辑技术已成为合成生物学的一把利剑，将给人们的生活带来重大改变，也将继续是科学家们研究和关注的热点。

原发性免疫缺陷病（PID）是一类单基因遗传病，共分为九大类，包含300多种疾病。传统上认为PID是罕见病（1/10000），但现在认为并不少见。我国人口基数大，存在着PID病人多，本应该具有临床和基础研究优势，但是实际上我国发现的PID病例数十分有限，此与我国PID登记制度尚未建立，缺乏对我国PID的临床特征认识有关。PID的诊断主要依据免疫表型和基因突变分析，由于现阶段临床与检测机构的脱节，基因测序的分析能力还有待于提高。PID的病因治疗主要包括IVIG的替代治疗、造血干细胞移植、基因治疗。由于认识和经济的原因，我国PID患儿仅有少部分达到了规律和足量地输注IVIG。对于某些重症免疫缺陷病患儿，由于起病早，感染中，造血干细胞移植的成功率并不高。基因治疗在国外已经进入临床试验阶段，部分实施治疗的患儿已经存活多年，但是我国只是处在将起步阶段。造血干细胞移植和基因治疗需要早期发现PID患儿、在未起病前实施才能提高成功率，因此促进我国对重症免疫缺陷病的新生儿筛查具有重要意义。

2016年12月23日美国FDA批准Spinraza上市，宣告第一个治疗脊髓性肌萎缩症（SMA）药物的诞生，为千千万万的倍受折磨的SMA患者和家庭带来了希望。Spinraza的发明是基于一个多世纪以来世界各地医生、科学家为攻克SMA兢兢业业、努力探索的知识积累，是过去10余年来多个团队利用现代生物学知识和技术合作共赢的结晶。

我于2000年加入Androphy教授实验室开始SMA病理机制的研究。2004年6月加入Krainer教授实验室，开始研发治疗SMA反义寡聚核苷酸（ASO）药物。我们的药物研发合作伙伴是Ionis（旧称IsIs）医药公司，该公司掌握了当时最新的几种核酸化学修饰技术。从2004年到2011年完成了ASO在试管、细胞的大规模筛选和小鼠模型的药效验证，鉴定出极具治疗价值的候选药物ASO10-27（也称ISIS-SMNRx）；ASO由Ionis提供，工作主要在冷泉港实验室完成，期间共发表第一作者的论文4篇，现已被引1500余次。2011年Inois开始Nusinersen（ASO10-27的临床药名）临床试验。随后美国生物技术巨头Biogen参与到I期和II期的临床试验并在临床III期试验时买断Nusinersen的专利权，Biogen重新命名Nusinersen为Spinraza。

从2004年夏天我加入冷泉港实验室开始ASO药物的研发到2016年圣诞前夕Spinraza被批准，历时12年。作为Spinraza的主要研发人，一方面感叹研发新药的艰辛和团队合作互补的重要性，一方面又感叹我们幸运地遇到了一个前所未有的好时代。我们站在前人的肩膀上前进，21世纪作为生物学世纪已经来临，为我们所有生物医药爱好者提供了一个广阔的施展才能的舞台。

更让人可喜的是，2017年在美国奥兰多举行的国际SMA会议，有多个临床报道显示Spinraza具有令人振奋、超出预期的治疗效果，一些经过治疗后的I型婴儿能做出正常婴儿的各种动作。但同时我们也注意到，约1/3的患者对Spinraza没有反应，而且该药的治疗费用相当昂贵。另外，Spinraza还没有在我国上市。因此现在摆在我们面前最急切的任务是：1. 尽快把Spinraza引进到中国，让我国的患者也能用上该药；2. 研发出更多、更好的药，让所有的患者都能得到有效治疗. 3. 降低制药的成本，不要因为治疗而给患者家庭带来沉重的经济负担。

淋巴细胞是免疫应答中的重要细胞，在肿瘤过继免疫治疗中发挥了重要作用。利用基因改造的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T） 在血液瘤的临床研究中体现了很好的效果，成为最具前景的癌症治疗方法之一。但是CAR-T 技术在治疗实体肿瘤方面效果并不理想，其中很重要的原因是实体肿瘤的微环境通过激活免疫检查点对于CAR-T细胞产生了抑制作用。 我们应用CRISPR-Cas9 系统建立了在CAR-T细胞中进行单基因和多基因敲除的技术平台。以靶向间皮素(mesothelin)的CAR-T 细胞杀伤肿瘤细胞系为模型，我们利用基因编辑技术将CAR-T 细胞中的主要免疫检查点PD-1进行敲除，从而降低CAR-T 细胞受到的免疫抑制，在体外实验和动物模型中获得了更好的肿瘤清除效果。

Synthetic biology applies engineering principles to biological systems and has significantly advanced the design of synthetic genetic circuits that can reprogram cell activities to perform novel and improved functions. It is an evolving technology and has the potential to revolutionize the field of biomedical engineering. The tools offered by synthetic biology are powerful enabling technologies for the rational design and engineering of well-controlled mammalian designer cells containing smart diagnostic biosensors that can sense disease related input signals and process the information to produce custom and fine-tuned therapeutic products to reverse disease symptoms. In this talk, I will present several smart designer cells that have been successfully validated in different human cell types and mouse models, with recent examples such as self-adjusting designer cells for correcting insulin resistance, and optogenetically engineered designer cells for diabetes therapy. These designer cells contain complex synthetic biosensors and demonstrate great potential for improving glucose homeostasis. The power of synthetic designer cells may open up new applications and enable new opportunities in biopharmaceutical manufacturing and cell-based therapies. We believe that the progress of the designer cells concept could pave the way for a new era of personalized and digitalized precision medicine and synthetic biology will become a universally accepted tool for clinical medical practice
in the near future.