锌指核酸酶技术龙头Sangamo的孤独和荣耀

基因编辑有三大技术类别，包括锌指核酸酶（ZFN）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）以及获得了2020年诺贝尔化学奖的CRISPR/Cas9技术。

ZFN发现于20世纪90年代末，是第一种问世的基因编辑工具。然而，相比问世不到10年就已经吸引全球大量公司布局且有多个项目进入临床的CRISPR/Cas9技术，ZFN技术在面世20多年后仍由一家公司主导。

这家公司就是位于美国里士满的Sangamo Therapeutics。

Sangamo成立于1995年，根据其官网公布的过往财报数据，这家公司自成立以来，几乎全部都是赤字。其实这种情况也很正常，大部分药企都是在产品上市后才实现盈利的。尽管Sangamo保持这样的亏损状态已经20多年了，但是它的市值整体变化趋势还是在提升。

Sangamo市值变化（来源：macrotrends）

在新技术、新疗法日新月异，研发赛道战火四起的今天，ZFN技术透露着一股孤独感，甚至有些陌生。Sangamo又是如何做到二十多年来一枝独秀，孤军奋战却一直屹立不倒的？这家公司开发的技术究竟有什么特殊魅力？

Sangamo的技术垄断

锌指蛋白是一种转录因子，于1984年在Aaron Klug实验室的非洲爪蟾转录研究中被发现，后经人工改造并与核酸内切酶进行连接组成了ZFN。

ZFN是一个带定位系统的基因剪刀，锌指蛋白用于识别和结合特定的基因序列，Fok I 核酸内切酶可以通过二聚体化特异性地切割目的基因，并且可以切割真核基因组的任意识别序列。

FokI核酸内切酶与识别特定序列的锌指模块结合形成ZFN。右侧ZFN与左侧ZFN分别结合9-18bp长度的靶序列成二聚体，两端靶序列中间的DNA序列由FokI核酸内切酶的剪切结构域剪切（来源：参考资料[4]）

在ZFN技术问世后，虽然多家研究机构的科学家们对这一技术进行了优化，但20多年以来，围绕该技术进行临床转化开发的公司只有Sangamo一家。

这源于时任Sangamo CEO的Edward Lanphier的“远见“。从1995年以75万美元创立Sangamo开始，他就决定将公司打造成一个外人无法从中“分一杯羹”的技术孤岛。

Edward Lanphier（来源：参考资料[5]）

在他的努力下，从ZFN设计、优化到临床应用的整套技术体系的专利皆被Sangamo一一收入囊中。ZFN技术开发被Sangamo独家锁定，再也没有其它机构从事ZFN的研发。

表1 部分授权/转让给Sangamo的专利

数据来源：参考资料[6]

从另一个角度来说，Sangamo可以被视为是医药行业专利保护的“最佳典范“，在Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier和张锋还在为CRISPR/Cas9的专利争得“焦头烂额”的时候，Sangamo在自己的专利堡垒中独自做着研究。但必须承认的一点是，少了学术界源源不断的智慧，这种“独断专行”式的自我求索延缓了整个ZFN领域的技术进步。

而CRISPR/Cas9技术从首次应用至今不到10年时间，已是风光无限，在获得了各项大奖的同时，有着大量的研究人员前仆后继地去完善和改进这一技术，并推动其走向应用。依托或应用这一技术已有40余家生物技术公司创立。

表2 部分CRISPR技术公司

信息来源：各公司官网

研发资金从哪来？

根据Sangamo发布的往年的财报，公司从来没有真正盈利过，它没有任何产品上市，公司的生存和研发的推动需要大量的资金，但Sangamo这些年似乎并未为此发愁。

早在2012年，Sangamo就完成了在纳斯达克的上市。除了IPO募资带来的收入，公司资金的很大一部分还来源于与制药巨头合作所获得的各类款项。

Sangamo在纳斯达克敲钟（来源：参考资料[7]）

发展至今，Sangamo主要开发了4个方面的应用，有依托AAV递送基因的基因疗法以及ZFN技术支撑的细胞修饰、基因组编辑和基因表达调节。

来源：Sangamo官网

辉瑞、赛诺菲、渤健等大型制药公司早就看上了这一宝地，与Sangamo建立了合作关系。

表3 与Sangamo建立合作关系的药企

信息来源：Sangamo官网

Sangamo的管线中目前包含多款项目，适应证覆盖肿瘤、神经疾病、肠道疾病、单基因遗传病等领域。据NextPharma数据库显示，有10款项目已经进入临床开发阶段。

其中，进展最快的1款是与辉瑞合作开发的用于治疗A型血友病患者的SB-525，已进入临床III期。有趣的是，这一项目并没有使用Sangamo引以为傲的ZFN技术，而是利用重组腺相关病毒载体（rAAV）将编码人凝血因子VIII的转基因和肝脏特异性启动子递送到患者的肝细胞核。

表4 Sangamo在研疗法

来源：NextPharma数据库

魅力何在？

Sangamo已将ZFN应用到了众多疾病领域。 举例来说，早在2009年，Sangamo的一项利用ZFN技术体外编辑患者T细胞回输治疗艾滋病的疗法（SB-728-T）就已进入临床，目前处于临床II期阶段。

根据3月7日预印版平台bioRxiv的1篇研究论文（未经同行评审），在两项独立的临床研究中（NCT01044654，NCT01543152），长期感染HIV的患者在接受ZFN敲除CCR5基因的自体CD4+T细胞的单次输注后，体内CD4 + T细胞计数持续增加，T细胞稳态提高，而且减少了HIV贮存库的估计大小。

CCR5是HIV病毒进入人体细胞的受体，著名的“柏林病人”就是在患急性髓细胞白血病后接受了携带有CCR5基因缺失突变的骨髓移植，从而治愈了自身的艾滋病。

因此，科学家们渴望利用基因编辑工具复制“柏林病人“的成功，通过改造T细胞来治疗乃至治愈艾滋病。包括Sangamo的这项研究在内，目前全球还有其它2项以CCR5为靶点的基因编辑疗法进入临床。

表5 CCR5基因编辑疗法

来源：NextPharma数据库

其中的SB-728-T 和AGT103-T使用的是经遗传修饰的患者自体淋巴细胞，与造血干细胞移植相比，这种疗法的侵袭性更低。

除了基因水平，Sangamo还利用锌指蛋白系统实现转录水平上的调控。

在3月19日Science Advances发表的1篇文章中，Sangamo等机构利用锌指蛋白转录因子（ZFP-TF）系统在转录水平上成功降低了小鼠tau基因的表达，而且没有发现脱靶效应、显著的组织病理学改变或分子改变。

ZFP-TF靶向特定的DNA序列，与TF融合可抑制靶基因转录（来源：参考资料[9]）

去向何方？

Edward Lanphier于2015年卸任CEO一职，并于2017年退休，离开了他一手创办发展的公司，早期附带专利加入Sangamo的科学家们也已悉数退居幕后。

如今的Sangamo不是一家纯粹的基因编辑公司，它也在不断地拓展新方向。无论是与赛诺菲合作的CAR-T细胞疗法还是最有可能走向上市的AAV基因疗法，都说明了Sangamo这家老牌基因疗法公司在持续拥抱新趋势，或许有朝一日，CRISPR技术也会出现在Sangamo的管线中。

Sangamo现任CEO Sandy Macrae博士曾在2017年的一次采访中表示，决定基因编辑发展的关键因素是药物递送方式的创新。Sangamo当前多款疗法使用的递送工具多为AAV载体，它也在开发自己的递送平台。

小结

无论是ZFN、CRISPR/Cas9抑或各类碱基编辑工具，它们都代表了基因编辑领域的腾飞，为逆转DNA突变所致的疾病带来了巨大的希望。Sangamo只是技术发展中一个十分独特的代表。鉴于目前尚无基因编辑疗法上市，这几项技术的个中优劣还需要结合后续临床上的更多数据去准确评价。而不管哪一种技术未来率先为患者所用，都将是人类疾病治疗史上的重大进步。

参考资料：

[1] Jayu J., Yi-Ching W. Zinc finger proteins in cancer progression. Journal of Biomedical Science (2016)

[2] 上帝的手术刀：基因编辑简史（来源：王立铭）

[3] X. Bao, S.P. Palecek. Genetic Engineering in Stem Cell Biomanufacturing. Stem Cell Manufacturing (2016)

[4] Miller, J., Holmes, M., Wang, J. et al. An improved zinc-finger nuclease architecture for highly specific genome editing. Nature Biotechnology (2007)

[5] Kevin Davies, Edward Lanphier. Sanguine About Sangamo: An Interview with Edward Lanphier. The CRISPR Journal (2019)

[6] Scott, C. The zinc finger nuclease monopoly. Nature Biotechnology (2005)

[7] Takeda, GSK veteran takes the helm at Sangamo as Lanphier retires（来源：fiercebiotech）

[8] Infusion of CCR5 Gene-Edited T Cells Allows Immune Reconstitution, HIV Reservoir Decay, and Long-Term Virological Control（来源：bioRxiv）

[9] Susanne W., Sarah L. D., Bryan Z. et al. Persistent repression of tau in the brain using engineered zinc finger protein transcription factors. Science Advances (2021)

[10] Sangamo公司CEO：基因疗法领域真正的腾飞在于给药方式的创新（来源：药明康德）