基因治疗科技创新与产业发展态势分析

江洪 ,  曹文娟 ,  高倩

科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (4) :56-74

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科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (4) :56-74 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.20250208
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基因治疗科技创新与产业发展态势分析

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Analysis of Gene Therapy Technological Innovation and Industry Development Trends

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摘要

[目的/意义] 基因治疗是医学界的研究热门,也是各国医疗卫生战略推进的重点领域。通过文献和专利分析揭示基因治疗领域发展态势、热点领域研究进展和产业发展情况,以期为我国基因治疗研究及发展提供参考。[方法/过程] 基于Web of Science核心合集数据库中1985—2025年基因治疗领域相关论文,利用文献计量学方法,从发文趋势、主要发文国家、主要发文机构和引文影响力4个维度分析全球基因治疗研究现状;再基于Incopat专利数据库中基因治疗相关专利数据,分析基因治疗领域相关专利的申请与授权趋势、技术来源地与受理地、主要申请机构以及技术构成,此外,梳理基因传递方法、基因编辑工具、基因治疗路径3个前沿领域的研究进展,并对全球基因治疗市场规模、研发药物状况及重点研发企业进行了介绍。[结果/结论] 美国在基因治疗文献研究和专利申请中处于领先位置,主要研究和专利申请机构集中在美国,中国在全球基因治疗研究发文量和专利申请总量中位居第2,但在研究机构、成果引用频次、专利申请机构等方面与排名靠前的欧美国家有一定差距。结合我国基因治疗领域的发展现状,提出了加强科研平台建设与人才引育、加强原创技术研发能力及鼓励国内外跨领域合作的相应建议。

Abstract

[Objective/Significance] Gene therapy has become a popular research focus in the medical field and a priority area in health strategies worldwide. This paper reveals the development trend of gene therapy field, research progress in hot areas and industrial development through literature and patent analyses, in order to provide reference for gene therapy research and development in China. [Method/Process] Based on gene therapy related papers in the Web of Science Core Collection database from 1985 to 2025, this paper uses bibliometrics to analyse the four dimensions of the trend of publication, major countries of publication, major institutions of publication and citation influence; Based on the patent data of Incopat database, this paper analyses the trend of application and granting of patents in the field of gene therapy, major patent sources and receiving countries or organizations, major applicant institutions and the composition of the technology. In addition, this paper sorts out the research progress in the three frontier areas of gene delivery methods, gene editing tools and gene therapy pathways, and introduces the global market size for gene therapy, the status of drug research and development, and key companies involved in R&D. [Results/Conclusions] The U.S. is in the leading position in gene therapy literature research and patent application, and the main research and patent application institutions are concentrated in the U.S. China ranks 2nd in the total number of global gene therapy research publications and patent applications, but there is a certain gap between China and the top-ranked European and American countries in terms of research institutions, frequency of citation of achievements, and patent application institutions. Taking into account the current development situation of China’s gene therapy field, corresponding suggestions are put forward to strengthen the construction of research platforms and the attraction of talents, enhance the capacity of original technology research and development, and encourage cross-field cooperation at home and abroad.

Graphical abstract

关键词

基因治疗 / 科技创新 / 产业发展 / 态势分析

Key words

gene therapy / technological innovation / industrial development / trend analysis

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江洪, 曹文娟, 高倩. 基因治疗科技创新与产业发展态势分析[J]. 科学观察, 2025, 20(4): 56-74 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20250208
Jiang Hong, Cao Wenjuan, Gao Qian. Analysis of Gene Therapy Technological Innovation and Industry Development Trends[J]. Science Focus, 2025, 20(4): 56-74 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20250208

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20世纪90年代以来,随着现代医学和分子生物学等学科的发展,人类对疾病的认知和治疗进入分子水平,基因治疗也逐渐走进人们的视野。基因治疗,指的是以改变人的遗传物质为基础的生物医学治疗,即通过一定方式将外源正常基因导入人体靶细胞,以矫正或置换致病基因的治疗方法[1]。大部分的罕见遗传病都与基因突变或基因调控异常相关,这类罕见遗传病的预后较差,而基因治疗则是一种行之有效应对罕见遗传病的治疗方法。随着基因治疗的发展,除了罕见遗传病外,癌症、心血管疾病和神经系统疾病等常见疾病也将得到更好解决。因此,基因治疗成为医学界的研究热门之一,被称为医学界的“第四次白色革命”[2]。近年来,基因治疗一直受到国家重视,《“健康中国2030”规划纲要》等国家中长期规划都将基因治疗作为医药产业的重点发展方向和重点资助领域。我国在重大疾病的基因治疗方面已经建立了较完整技术链、产业链,特别是在基因治疗药物的产业化方面抢占了先机;全球多个国家也纷纷布局基因治疗研究与发展,如美国在2022年颁布了《国家生物技术和生物制造计划》,宣布投入20余亿美元推进该计划以提高生物制造能力、促进基因治疗等相关生物制造技术的转化[3];英国则在2020年颁布了《英国基因组:医疗的未来》战略计划,旨在加强医疗机构利用基因组测序潜力为患者提供个体化预防和护理[4];日本也在即将于2025年颁布实施的《第三期健康·医疗战略》中提出将基因治疗作为战略推进的重点领域,以期实现癌症、罕见病等疾病的治疗方法进步[5]。基于当前全球基因治疗科技创新及产业发展的现状,本研究拟根据文献和专利分析基因治疗领域发展态势,及基因治疗热点领域研究进展和产业发展情况,以期为我国基因治疗研究及发展提供参考。

1 基于文献分析的基因治疗领域发展态势

本研究数据来源于科睿唯安Web of Science核心合集数据库中的Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED) 数据库,采用高级检索方式,在检索关键词的选择上,根据基因治疗定义,选择了基因治疗相关表达(如gene therapy、gene delivery)、各种载体(如病毒载体、脂质纳米颗粒)等,采用OR连接相关关键词,最终确定检索式为:TS = (“gene therap*” OR “gene delivery” OR “viral vector” OR “non-viral vector” OR “AAV” OR “adeno-associated virus” OR “adenovirus” OR “lentivirus” OR “retrovirus” OR “herpes simplex virus”OR “lipid nanoparticle” OR “electroporation”) and PY= 1985-2025,文献类型为所有文献类型,共检索得到相关文献263302篇,时间为1985—2025年,数据下载时间为2025年4月22日。

1.1 发文趋势

检索结果表明,全球共发表基因治疗相关文章263302篇,包括研究型论文、综述和会议论文等。其中研究型论文190748篇,占72.4%。1985—1990年增长较慢,1990年左右开始实现快速增长,主要源于美国食品药品监督管理局(U.S. Food and Drug Administration,FDA)在1990年9月14日批准的全球首次人体基因治疗临床试验。该试验针对患有先天性腺苷脱氨酶缺乏症的2名儿童,采用了基因治疗技术,通过体外改造白血球使其表达正常的腺苷脱氨酶基因。该项目的成功为基因治疗开辟了新的研究方向,并激发了全球范围内的基因治疗研究热潮[6]。自2000年后,整体一直维持在每年发表6000篇以上的数量,其间略有波动,但仍维持增长态势,其中2024年共发表12183篇。1985—2025年全球基因治疗研究发文趋势见图1

1.2 主要发文国家

为统计1985—2025年全球基因治疗研究领域发文量排名前10的国家,本研究利用Web of Science数据库检索界面的“分析结果”(analyze results)功能,选择“国家/地区”(countries/regions)作为分析维度,该功能会将每篇文献中所有作者所属的国家都计入统计。在基因治疗相关文献发表数量排名前10的国家中,美国以110919篇遥遥领先,占全球约42.1%;中国以41434篇位居第2,占15.7%,对中国的基因治疗领域发文量单独分析发现,中国近10年的发文量整体呈上升趋势;日本以19285篇排名第3,占7.3%。其余依次为德国、英国、法国、加拿大、意大利、韩国和荷兰。结果见表1

1.3 主要研究机构

为统计1985—2025年全球基因治疗研究领域发文量排名前30的研究机构,本研究利用Web of Science数据库检索界面的“分析结果”(analyze results)功能,选择“机构”(affiliations)作为分析维度,该功能会将每篇文献中所有作者所属的机构都计入统计。结果如表2所示,主要分布在6个国家,其中,19所属于美国,4所属于法国,3所属于英国, 2所属于中国,1所属于日本,1所属于德国。发文量排名前3的机构分别为加利福尼亚大学,9630篇;哈佛大学,7910篇;美国国立卫生研究院,7619篇。位列其中的中国研究机构是中国科学院和上海交通大学,分别排在第13名和25名,发文量分别是3431篇和2305篇。美国在研究机构数量和论文发表量方面均居全球领先地位,与其他国家相比具有明显优势。结果见表2

1.4 引文影响力

为评估1985—2025年全球基因治疗研究领域的引文影响力,本文对该期间内的文献进行了统计分析。初步统计结果显示,被引频次较高的文献主要集中在1990—2004年。由于文献引用量会受到年份影响,因此为更全面了解不同时间段内的研究影响力,本文将研究对象分为两个时间段,分别是1985—2004年和2005—2025年,统计2个时间段内被引频次排名前20的文献。在检索结果页面选择“被引频次”(times cited)作为排序标准,按降序排列,获取被引用次数最多的前20篇文献。在每篇文献的详细记录中,根据通信作者机构,确定其所属国家或地区。发现在1985—2004年基因治疗领域被引频次Top20的文献中,通信作者机构所属国家为美国的有16篇,占据榜首;其后是法国2篇、德国1篇、荷兰1篇。从被引频次看,被引频次最高的是来自法国国家健康与医学研究院(通信作者单位)的文献,主要内容是关于SCID-X1基因治疗后2名患者因逆转录病毒载体插入导致LMO2原癌基因异常激活并出现T细胞克隆性增殖的安全性问题,被引频次达3309次;从来源机构看,被引频次Top20的文献中来自高校和科研机构的文献占据绝大部分,也有少量文献来源于企业。这些文献涵盖了基因治疗载体设计、基因递送系统开发、特定疾病的基因治疗实践和基因治疗安全性等一系列研究成果。结果见表3

在2005—2025年全球基因治疗领域被引频次Top20的文献中,通信作者机构所属国家为美国的有13篇,排名第1;其后是英国4篇,中国2篇,法国1篇。这些文献涵盖了病毒与非病毒基因递送系统、遗传病与肿瘤治疗、核酸药物开发、基因编辑技术以及递送安全性与效果评估等一系列研究成果。从被引频次看,被引频次最高的是来自英国牛津大学(通信作者单位)的文献,主要内容是利用工程化外泌体通过系统注射将siRNA递送至小鼠大脑以实现靶向基因沉默的RNA药物递送策略,被引频次达4146次。中国入选的2篇文献中1篇来自大连民族大学(通信作者单位),研究内容关于阳离子脂质和阳离子聚合物在基因传递中的毒性,被引频次为2179次;1篇来自苏州大学(通信作者单位),研究内容关于还原敏感型可降解聚合物及其生物共轭物在药物与基因递送等生物医学应用中的设计策略与应用进展,被引频次为1095次。结果见表4

2 基于专利分析的基因治疗领域发展态势

专利数据来源于 Incopat数据库,检索关键词为:"gene therap*" OR "gene delivery" OR "viral vector" OR "non-viral vector" OR "AAV" OR "adeno-associated virus" OR "adenovirus" OR "lentivirus" OR "retrovirus" OR "herpes simplex virus" OR "lipid nanoparticle" OR "electroporation"。专利类型包括发明和实用新型。数据下载日期为2025年4月22日。

2.1 申请与授权趋势分析

为了从宏观层面把握基因治疗领域在各个时期的专利布局变化,研究对专利申请量和授权量的发展趋势进行分析,结果见图2。检索结果表明:1970—1990年基因治疗技术处于萌芽期,专利的申请和授权数量较少;1990年,基因治疗技术开始进入初步发展期,专利申请和授权数量开始上升;1999年,因对腺病毒可能引起的免疫风暴风险认识不足,1名试验人员死亡的恶性事件发生[7];2002年9月,法国科学家在为X染色体连锁的严重联合免疫缺陷性疾病患者进行临床基因治疗试验时发现,接受该项治疗试验的2名儿童出现类白血病样症状,此后,FDA暂时中止了所有用逆转录病毒来基因改造血液干细胞的临床试验[8],基因治疗专利申请和授权数量开始减少;后来随着欧盟首次审批通过用于治疗遗传性疾病的基因治疗产品等原因[9],基因治疗专利申请和授权数量也开始回升。需要说明的是,申请和授权数量的统计范围是目前已公开的专利,一般发明专利在申请后3~18个月公开,实用新型专利在申请后6个月左右公开,因此2024年和2025年的申请和授权可能尚未完全公开,数据统计仅供参考。

2.2 技术来源地与受理地

从技术来源地来看,排名前10的国家依次为美国、中国、英国、法国、德国、日本、韩国、瑞士、荷兰和澳大利亚。其中来源于美国的基因治疗专利申请最多,为154581件,占全球基因治疗专利总申请量的56%左右。排第2位的是中国,为29641件。第3位是英国,为13146件。美国作为基因治疗的先发研究国家,在专利申请量上占据了绝对优势。中国20世纪末开始进行基因治疗相关研究及试验[10],近年来在基因治疗领域投入较大,发展潜力强劲,在全球基因治疗技术研究和开发中的作用日益凸显。结果见图3

从专利受理国家或组织来看,排名前 10 的国家和组织依次为美国、欧洲专利局(European Patent Office, EPO)、中国、世界知识产权组织(World Intellectual Property Organization,WIPO)、日本、澳大利亚、加拿大、韩国、德国、印度。其中美国占据榜首,为46046件,向美国提交的专利数量占全球专利申请总量的26.7%;向欧洲专利局和中国提交的专利数量则分居第2和第3,分别为35530件和35313件。结果见图4

2.3 主要申请机构分析

基因治疗领域专利数量前 30 名的申请机构包含12个企业、15个高校院所,非营利性机构和政府机构也参与其中。从申请机构所属国家来看,美国的机构数量最多,共有23个;其次是法国,有5个;此外,瑞士、英国各1个。全球申请量排名前3的机构为宾夕法尼亚大学、加利福尼亚大学和诺华制药集团。宾夕法尼亚大学曾有全球第1且最大的基于学术的基因治疗项目(UPenn-GTP),该项目专注于开发和商业化基因疗法,以帮助有遗传性疾病的患者。虽然该项目目前已停止运营并转移到外部公司,但该项目的研究和新技术为多种体内基因疗法做出了贡献,如第1个获得美国食品药品监督管理局批准的使用腺相关病毒的基因疗法Luxturna,是由宾夕法尼亚大学和费城儿童医院的研究人员联合开发[11]。结果见表5

2.4 技术构成分析

从技术构成来看,专利数量排在第1位的美国技术构成较为全面,尤其在医用配制品、酶、核酸或微生物及测定或检验方法、化合物或药物制剂等领域占据专利数量优势。排名前10的其他国家在不同专利技术上有所侧重。中国在多个领域位居第2,特别是医用配置品、微生物或酶,化合物或药物制剂的特定治疗活性这3个方面,展现出其在技术创新和研发投入上的快速增长。结果见图5表6

3 基因治疗领域研究热点

研究通过文献计量和专利分析情况,对与各研究热点高度相关、近5年内发表且被引频次较高的专著和文献进行研读,按照新型传递方法、新型编辑工具、新型治疗路径这3个方面来介绍基因治疗领域的研究进展。

3.1 新型传递方法

基因治疗的传递载体主要分为病毒载体和非病毒载体,病毒载体因其递送效率高、外源基因表达稳定而在体外和体内环境中得到广泛应用[12],是目前基因治疗的首选,常见的病毒载体包括腺病毒(adenovirus, Ad V)、腺相关病毒(adeno associated virus, AAV)、逆转录病毒(retrovirus, RV)、慢病毒(lentivirus, LV)、单纯疱疹病毒(herpes simplex virus, HSV)等。非病毒载体包括脂质体、脂质纳米粒、聚合物纳米粒、无机纳米粒等。基因治疗的传递方法主要分为3大类,分别是基于非病毒载体的物理传递、基于非病毒载体的化学传递和基于病毒载体的传递。

目前腺相关病毒载体在基因治疗中的应用较为广泛[13]。Li等[14]介绍了AAV在基因治疗中的工程优化策略与临床应用现状。研究围绕提高AAV传递效率、组织靶向性、免疫逃逸能力及大规模生产工艺等关键问题,详细讨论了AAV衣壳蛋白改造、转基因盒设计、双载体系统与蛋白剪接技术等多种手段,并分析了不同AAV血清型在治疗罕见遗传病如血友病、脊髓性肌萎缩症和视网膜退行性疾病中的应用前景。Ling等[15]介绍了AAV在单基因与复杂神经疾病中的临床应用进展,指出AAV在神经系统基因治疗中具有良好的组织特异性和安全性,但治疗效果受衣壳类型、递送路径、免疫反应和疾病模型等多种因素影响,分析了提高疗效与安全性的策略,包括衣壳工程、转基因调控、免疫逃逸技术及影像引导的递送手段,并探讨了线粒体病和神经发育障碍等新兴治疗领域,为未来AAV介导的神经系统疾病精准治疗提供了技术路径参考。Lin等[16]针对中枢神经系统内的小胶质细胞,开发了一套高效的AAV载体定向进化策略,以实现对小胶质细胞的高专一性基因递送。研究通过在AAV9衣壳蛋白的VP1亚基中插入随机七肽,筛选出2种AAV变体AAV-cMG.WPP和AAV-cMG.QRP,它们在体外小胶质细胞中的传递效率显著高于现有AAV载体。基于AAV-cMG.QRP的进一步优化,开发出AAV-cMG变体,在体外实现了更高的转导率,拓展了病毒载体基因治疗在神经免疫研究中的应用前景。除了腺相关病毒载体的研究,也有学者探究其他新的基因治疗传递方法。Segel等[17]介绍了一种源自哺乳动物内源性逆转录元件的 Gag 蛋白 PEG10,它能够包装自身的 mRNA 并通过病毒样颗粒进行递送。研究发现,通过将目标基因与 PEG10 的非翻译区相结合,可以重新编程 PEG10 来包装和递送特定的 mRNA。基于此,研究者们开发了SEND(selective endogenous encapsidation for cellular delivery)平台,构建了一个可模块化、低免疫原性的内源性mRNA递送体系,为基因治疗载体开发提供了新的思路。

3.2 新型编辑工具

基因编辑技术经历了ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9三代的发展历程,目前以CRISPR基因编辑技术为代表的新一代生物技术,能够在基因水平上更高效地进行插入、删除和编辑操作,为遗传病、癌症、代谢性疾病等多种疾病提供了靶向治疗的新可能。

Wang等[18]的研究主要围绕CRISPR基因编辑技术的治疗应用,特别是通过AAV进行体内递送的策略。文献讨论了多种CRISPR编辑策略,如基因敲除、HDR修复、碱基编辑和Prime编辑,以及利用AAV克服CRISPR工具在体内递送中的挑战,如AAV的包装限制和脱靶效应。Yip[19]介绍了CRISPR/Cas9系统在体内外基因编辑中的多种递送策略,重点分析了病毒载体、非病毒载体物理和化学方法及胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)的优势与局限。研究指出,EV介导的Cas9核糖核蛋白递送具有非整合性、瞬时表达和低免疫原性等特点,能有效降低脱靶效应,且具备体内应用潜力。Guo等[20]探讨了 CRISPR/Cas9 基因编辑技术在基因治疗中的应用潜力,特别是其非靶向效应的检测和管理策略。研究指出,非靶向效应是 CRISPR/Cas9 系统在基因治疗应用中的主要挑战之一,当 Cas9 作用于非靶向基因组位点时,可能会引起意外的、不想要的甚至有害的基因组改变。为解决这一问题,文章讨论了提高 CRISPR/Cas9 特异性的策略,包括改良 Cas9 蛋白、优化 sgRNA以及改进递送方式,这些方法可以显著降低 CRISPR/Cas9 系统的非靶向效应,提高基因编辑的安全性和精确性。Zou等[21]开发了一种基于angiopep-2肽修饰的CRISPR-Cas9纳米胶囊递送系统,用于胶质母细胞瘤的基因治疗。该纳米胶囊通过谷胱甘肽敏感的聚合物外壳封装Cas9/sgRNA复合物,利用angiopep-2靶向血脑屏障和肿瘤细胞表面的LRP-1受体,实现高效脑部递送和肿瘤特异性富集。在实验中,这种纳米胶囊在脑肿瘤组织中展现了高达38.1%的PLK1基因编辑效率,显著抑制肿瘤生长,将中位生存期从24 d延长至68 d,且脱靶效应低于0.5%。这一新型CRISPR-Cas9递送系统成功地解决了脑胶质母细胞瘤基因治疗中的诸多递送难题,包括血脑屏障穿透、疾病组织靶向、体内基因编辑效率低和非预期的非靶向效应等问题,为脑胶质母细胞瘤及其他脑部疾病的基因治疗提供了一种高效、安全的非病毒递送平台。

3.3 新型治疗路径

体细胞原位转分化是基因治疗领域的前沿技术之一,它突破了传统诱导多能干细胞(iPSC)技术的限制,通过基因重编程手段,使特定细胞类型无须经历多能化阶段即可定向转化为目标功能细胞,并表达其特征[22]

Liu等[23]提出了一种基于单细胞转录组测序(scRNA-seq)的体内转分化动态路线图,揭示了成年小鼠胰腺腺泡细胞向功能性β细胞再生的分子机制。研究通过腺病毒递送M3转录因子(Mafa、Pdx1、Ngn3)诱导胰腺腺泡细胞转分化为β细胞,并利用单细胞测序技术追踪了从第0~10天的细胞命运演变。该研究不仅绘制了首个高分辨率体内转分化分子路线图,还为优化糖尿病细胞治疗策略提供了新靶点,为基于原位细胞重编程的糖尿病治疗开辟了新方向。Kaur等[24]开发了一种基于改良mRNA(modRNA)的七基因组合递送系统(7G-modRNA),通过直接重编程非心肌细胞促进缺血性损伤后的血管再生。该平台通过递送Gata4、Mef2c、Tbx5、Hand2等心脏重编程基因及辅助基因(DN-TGFβ、DN-Wnt8a、AC),在体外将57%的非心肌细胞转化为心肌样细胞。在小鼠心肌梗死模型中,7G-modRNA治疗显著改善心脏功能、缩小瘢痕面积,并诱导25%的瘢痕区细胞表达心肌标志物。研究结果表明,modRNA技术无须病毒载体,避免基因整合风险,为缺血性疾病的非病毒基因治疗提供了新范式,具有重要的临床应用前景。Wang等[25]开发了一种基于非病毒仿生纳米颗粒的序贯靶向系统,用于心肌损伤后的原位细胞重编程治疗。研究团队将微RNA1、133、208和499(miR组合)加载到介孔硅纳米颗粒(MSNs)上,并通过FH肽修饰的中性粒细胞模拟膜实现靶向递送。该系统通过中性粒细胞膜的天然炎症趋化能力靶向损伤心肌,并借助FH肽特异性结合成纤维细胞分泌的Tenascin-C蛋白,实现治疗性miRNA对心脏成纤维细胞(CFs)的精准递送。通过在小鼠心肌缺血/再灌注损伤模型中验证,这种纳米颗粒成功诱导了CFs向诱导心肌样细胞(iCMs)的重编程,显著改善了心脏功能并减轻了纤维化。Lentini等[26]提出了一种基于胶质细胞-神经元重编程的创新治疗策略,用于治疗难治性颞叶癫痫。研究团队通过逆转录病毒递送转录因子Asc11和Dix2,成功将癫痫小鼠模型海马区增殖的反应性胶质细胞原位转化为功能性GABA能中间神经元。这些诱导神经元(INs)通过建立GABA能突触连接,抑制颗粒细胞的异常兴奋性活动,显著减少慢性自发性癫痫发作频率和持续时间。这种体内直接重编程策略避免了细胞移植的复杂性,为神经退行性疾病治疗开辟了新方向。

4 基因治疗产业发展情况分析

4.1 基因治疗市场规模情况

目前全球基因治疗行业发展迅速,根据美国市场调研公司Mordor Intelligence统计,2024年基因治疗市场规模预计达到71.8亿美元,2029年预计为246.7亿美元,在预测期内(2024—2029年)复合年增长率为28%[27]

北美地区作为基因治疗市场的主导,占据着最大份额。其中美国基因治疗市场根据载体类型,将市场细分为逆转录病毒和伽马逆转录病毒、慢病毒、腺相关病毒、腺病毒、改良的单纯疱疹病毒等。慢病毒在 2023 年占据主导地位,收入份额为 43.79%;按照适应症又分为大 B 细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤、脊髓性肌萎缩症、急性淋巴细胞白血病、黑色素瘤 (病变)、遗传性视网膜疾病、重型β-地中海贫血/SCD等,大 B 细胞淋巴瘤细分市场在 2023 年占据了最大的收入份额,为 36.14%[28]

亚太地区有着最快的市场增长速度,其中中国是主要市场。2023年,中国基因治疗行业市场规模达到约33.81亿元,较上年增长113.64%。2024年,中国基因治疗市场规模将增至88.48亿元[29]。罕见病和遗传性疾病患者数量的增加,以及传统药物在治疗这些疾病方面的局限性,推动了基因治疗市场的快速发展。中国基因治疗行业正处于高速成长阶段,技术突破与市场扩张齐头并进,为重大疾病提供了新的治疗途径。

4.2 已批准上市药物情况

据美国基因与细胞治疗学会(American Society of Gene and Cell Therapy, ASCGT)截至2024年第3季度的统计数据显示,32 种基因疗法(包括转基因细胞疗法)被批准通过,主要面向罕见病,且以CAR-T疗法为主。其中批准的包括美国在内的药品有21个,欧盟有15个,英国有14个,加拿大有11个,中国有9个,日本有8个,澳大利亚有7个。2024年一共批准了3个药品,分别是:Zevorcabtagene Autoleucel、Beqvez、Tecelra[30]。其中Zevorcabtagene Autoleucel(泽沃基奥仑赛注射液)经中国国家药品监督管理局批准上市,它是由科济药业(CARsgen Therapeutics)研发的一种针对B细胞成熟抗原(B-cell maturation antigen, BCMA)的自体CAR-T候选产品,用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤成人患者[31]。辉瑞公司(Pfizer)研发的Beqvez由加拿大卫生部(Health Canada)批准上市,用于治疗患有中重度至重度血友病B的成年人,这些患者体内不带有靶向腺相关病毒血清型Rh74亚型的中和抗体。美国与欧洲监管单位也已批准通过Beqvez的上市[32]。Adaptimmune公司研发出的Tecelra获FDA批准通过,用于二线治疗既往接受过化疗治疗的不可切除或转移性滑膜肉瘤成人患者,它是目前全球首款用于治疗实体瘤的TCR-T细胞疗法[33]

4.3 重点研发企业情况

对32种已批准通过基因疗法的26家研发机构进行统计,发现蓝鸟生物(bluebird bio, Inc.)、Orchard Therapeutics、诺华(Novartis AG)、吉利德科学公司(Gilead Sciences, Inc.)等企业目前占据较大份额[27]。从研发机构所属国家的维度统计,美国以16家机构位列第1;中国以7家机构位列第2,分别是:赛百诺、三维生物技术、药明巨诺、传奇生物、驯鹿生物、合源生物和科济药业。其次是英国、日本及瑞士各1家机构。其中,蓝鸟生物专注于为β-地中海贫血、脑肾上腺脑白质营养不良和镰状细胞病等严重遗传疾病开发新疗法,治疗方法主要是利用基因添加与自体造血干细胞移植(HSCT)相结合[34],目前有Zynteglo、Skysona、LYFGENIA等基因治疗药物上市,并与百时美施贵宝(BMS)联合开发了Abecma,它是首个B细胞成熟抗原(BCMA)导向的嵌合抗原受体(CAR)T细胞免疫疗法,用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤成年患者[35]。Orchard Therapeutics聚焦于为罕见遗传性疾病患者提供创新的基因治疗方案,主要研究自体造血干细胞基因治疗,其技术利用患者自身经过基因改造的造血干细胞(HSC)的独特能力,力图通过一次给药永久纠正遗传病,目前已上市Strimvelis、Libmeldy等基因治疗药物[36]。诺华公司作为全球最大的医药公司之一,在细胞和基因治疗领域处于领先地位。诺华率先推出 CAR-T 细胞疗法,作为 B 细胞恶性肿瘤的获批治疗方法。近年来主要致力于腺相关病毒基因治疗的产品研发,已上市Kymriah、Zolgensma、Leqvio等基因治疗药物[37]。吉利德公司在艾滋病、肝脏疾病、癌症等疾病治疗方面处于领先地位,其旗下风筝制药(Kite Pharma)公司专注于提高免疫系统肿瘤识别和杀灭能力的嵌合抗原受体(CAR)和 T细胞受体(TCR)工程细胞疗法,目前已有Yescarta、Tecartus等基因治疗药物上市[38]。赛百诺公司(Shenzhen SiBiono GeneTech Co. Ltd.)是中国基因治疗产业领域的先驱,其自主研制开发的产品——重组Ad-p53腺病毒注射液(Gendicine,今又生)是世界上第一个获得官方批准上市的肿瘤基因治疗新药[39],主要用于治疗头颈部鳞状细胞癌[40]。合源生物(Juventas Cell Therapy Ltd.)致力于白血病治疗领域,其自主研制开发的纳基奥仑赛注射液(Inaticabtagene Autoleucel Injection,源瑞达)是首款具有中国全自主知识产权的CD19 CAR-T药物、中国首款白血病治疗领域CAR-T药物,实现了治疗成人复发或难治性B细胞急性淋巴细胞白血病(r/r B-ALL)的重大突破[41]。结果见表7

5 我国基因治疗科技创新与产业发展结论与启示

基于文献分析,全球基因治疗研究经历了从20世纪90年代以前的缓慢发展,到1990年后的飞跃发展、2000年后的波动起伏,再到近年来重新恢复的快速增长,这也基本吻合人们对基因治疗“从乐观、到怀疑、再到理性”的认识过程[42]。新型基因传递方法、基因编辑工具和基因治疗路径是全球基因治疗研究的重点关注领域,通过基因疗法治疗各类罕见遗传病及癌症等则是基因治疗研究的主要目标。就不同国家研究情况来看,美国在基因治疗研究中处于明显的领先位置,占据了全球42%的发文量,文章被引频次高,主要研究机构也集中在美国,如加利福尼亚大学,这表明美国在基因治疗领域具有较强的研究基础。中国在全球基因治疗研究发文量中位居第2,其中中国科学院和上海交通大学的科研表现比较突出,但中国在成果引用频次方面与排名靠前的欧美国家有一定差距。日本、德国、英国、法国等国在基因治疗研究中也有较高的发文量,主要研究机构在这些国家都有一定分布,表现出在国际基因治疗研究中的重要地位和影响力。

在专利方面,全球范围内关于基因治疗的技术创新和专利布局的竞争愈加激烈。从专利申请的地域分布来看,美国占据主导地位;专利技术来源地主要集中在美国、中国、英国、法国、德国等国,技术受理国家或组织主要集中在美国、欧洲专利局、中国、世界知识产权组织等地;基因治疗的专利申请机构以企业和高校院所为主导,其中美国机构较多;从技术构成上看,全球基因治疗专利主要集中在医用配置品和微生物、酶等医疗生物领域,美国的技术构成较为全面,而中国虽然技术发展迅速,但集中于医疗和生物技术等少数核心领域,肽、糖、核酸等领域较其他国家而言成果较少。分析结果发现,中国在基因治疗领域的专利申请总量中排名第2,但在全球专利申请数量排名前30的机构中没有中国机构,这说明中国在该领域没有形成龙头企业,技术较为分散,未来在基因治疗专利发展上仍存在一定提升空间。

从产业发展来看,基因治疗市场的增长得益于多个因素的共同作用。首先,基因疗法研究的不断推进为基因治疗行业带来了新的发展机遇,推动了基因治疗从理论探索逐步走向临床应用,如病毒载体(如腺相关病毒和慢病毒)的进步大幅提升了治疗基因向靶细胞递送的效果,显著提高了基因治疗的安全性和疗效;CRISPR-Cas9 等基因编辑技术的创新提升了操作的精准性和效率,使得基因序列可以被精确修改。其次,各国对基因治疗临床研究的重视也促进了这一领域的快速发展。2023 年 10 月,美国国立卫生研究院向耶鲁大学医学院拨款近 4000 万美元,用于支持基于 CRISPR 的 2 期基因治疗平台的开发,该平台将直接针对遗传性脑疾病,例如HIST1H1E综合征和Angelman 综合征[43]。此外,基因治疗领域被批准上市的药物数量显著增长,进一步推动了市场的发展;最后,企业层面的积极参与也是推动基因治疗市场增长的重要因素。以美国为代表的国外基因治疗行业的商业成熟度较高,其投融资和并购活动主要集中在先进基因治疗技术创新,特别是罕见病基因治疗管线的研发。而国内基因治疗行业仍处于成长初期,商业成熟度较低,整体规模较小,原创性技术不足,但发展速度较快[44]。从2003年上市的重组Ad-p53腺病毒注射液(Gendicine,今又生),到2024年获批的“泽沃基奥仑赛”注射液,显示了中国在基因治疗产业发展上的强劲势头,但目前具有中国自主知识产权的基因治疗药物较少,仍以国外技术引进和合作研发为主,需要进一步提升本土企业的研发能力,不断积累技术基础。

随着生物医学基础科学研究与前沿生物技术研发不断取得突破性进展,基因修饰细胞治疗技术、mRNA技术、CRISPR基因编辑技术等相关技术日趋成熟,并对医药、材料等多个行业产生了深远影响,基因治疗正在引发新一轮全球科技和产业竞争。对此,结合以上分析结论,为我国基因治疗领域未来发展提出以下建议启示。

1)加强科研平台建设与人才引育。

尽管中国在基因治疗领域的发文量位居全球第2,但在全球基因治疗领域发文量前30的研究机构中,仅有2所中国机构入榜,且高被引成果相对较少。为提升中国在全球基因治疗领域的科研影响力和创新能力,建议加强国内基因治疗领域重点科研机构建设,打造国际一流科研平台,聚焦基因递送系统(如AAV靶向修饰)、精准编辑工具(如CRISPR-Cas开发)等前沿领域。同时,应注重构建人才培养与引进的长效机制,可以通过设立青年学者联合培养专项项目、设立专项奖学金与科研资助等方式,培养一批具有创新能力和国际竞争力的科研人才,增强国内研究团队的创新能力,进而推动中国基因治疗领域的长远发展,提升国际竞争力。

2)加强原创技术研发,鼓励跨领域合作。

中国在全球基因治疗专利申请数量上位居第2,缺乏领军企业,技术较为分散,主要集中在少数核心领域,缺乏由龙头企业主导的技术集群,这制约了整体产业的技术竞争力。未来,建议聚焦突破“卡脖子”技术,加强关键技术领域的攻关,推动技术平台的自主创新。建立与产业需求紧密对接的研发体系,鼓励龙头企业在研发过程中发挥引领作用,集中力量开发具有自主知识产权的核心技术平台,提升中国基因治疗产业的自主创新能力和国际竞争力。同时,中国应加强与国际领先企业的合作,并借鉴国外先进经验,推动基因治疗技术的商业化应用。

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基金资助

中国科协“科创中国”医疗康养产业科技服务团资助项目(KJFWT2023-01-46)

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