基因載體(vector) 的作用是運載目的基因進人宿主細胞，使之能得到復制和進行表達。也就是說，離開染色體的外源DNA 不能復制，而插入到復制子(replicon) DNA 的外源DNA 可作為復制子的一部分在受體菌中進行復制，這種復制子就是外源基因的載體，主要應用于細胞與基因治療（CGT）、生物科研、生物制藥、轉基因食品等領域，是分子生物學科尖端技術。

在基因和細胞治療中，使用的載體可以分為病毒載體和非病毒載體；迄今為止，大多數(shù)基因療法利用病毒載體來傳遞目標基因。據(jù)Samantha L.Ginn綜述文章的統(tǒng)計，在1989-2017年間基因治療的所有臨床試驗中，使用病毒載體的臨床占總數(shù)的67.3%。

【資料圖】

按照載體導入的宿主細胞類型分類，基因載體主要分為病毒載體和非病毒載體。

來源：《An Analysis Of The Gene Therapy Viral Vector Landscape》

病毒載體和非病毒載體各有優(yōu)劣，可用于不同目的基因的的遞送。病毒載體具備轉導效率高、靶向特異性的優(yōu)勢，但也存在插入性致瘤風險、免疫原性高等安全性問題。非病毒載體具有低免疫原型、低成本、易規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點，但轉染效率、細胞毒性、靶向性等問題還有待解決。

病毒載體現(xiàn)狀

病毒載體是目前臨床試驗中使用最為廣泛的一類載體。它可作為最終產(chǎn)品將目的基因注入體內達到吸料效果，也可以作為中間載體，在體外將目的基因轉染整合至目標細胞中并制成細胞產(chǎn)品后會輸。此外，非病毒基因編輯技術也大量依賴病毒作為運送基因編輯配件的載體。同時病毒載體也是細胞與基因治療（CGT）的重要物料，期生產(chǎn)制備是CGT藥物商業(yè)化的核心，而伴隨著細胞治療和基因治療的高速發(fā)展，病毒載體生產(chǎn)行業(yè)正在迎來重大利好。

2015-2020年CGT行業(yè)臨床試驗數(shù)量復合年均增長率超60%。2021年，全球CGT基因載體市場規(guī)模達到102.53億美元，預計到2026年將達到319.39億美元，符合年增長率達25.52%。從區(qū)域看，全球CGT行業(yè)處于發(fā)展初期，但歐美地區(qū)發(fā)展較早，發(fā)展相對成熟，市場規(guī)模也更大。2021年，歐美地區(qū)市場規(guī)模占全球近八成份額，達81.03億美元。中國基因載體市場為12.41億美元，全球市場占比僅12.10%

圖1 全球各個區(qū)域細胞與基因治療基因載體市場規(guī)模（億美元）

相對于歐美等西方發(fā)達國家，我國基因載體發(fā)展起步較晚，行業(yè)整體規(guī)模較小，但處于快速成長期。由于CGT藥物全球商業(yè)化進程持續(xù)加快，在研CGT臨床試驗項目達2000項左右。在技術、資本、政策等多方面因素影響下，全球CGT行業(yè)快速升溫，大量CGT藥物研發(fā)進入臨床階段，并自2015年期呈指數(shù)型增長。截止至2020年底，全球累計在研CGT臨床試驗超1300項，到2022年第二季度臨床試驗數(shù)已超2000項。

根據(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，全球CAR-T治療市場從2017年的0.1億美元增長到2020年的11億美元，預計未來幾年將加速增長。隨著CAR-T藥物上市的數(shù)量和適應癥的增加，預計2030年市場將進一步增長至218億美元。

圖2 全球CAR-T細胞治療的市場規(guī)模

圖4 細胞治療與基因治療發(fā)展階段

病毒載體發(fā)展趨

病毒載體的生產(chǎn)是細胞與基因治療CDMO市場最核心的細分領域之一。根據(jù)相關報告，病毒載體的生產(chǎn)成本占CGT研發(fā)投入總費用的1/3以上。隨著市場對創(chuàng)新和優(yōu)化的需求持續(xù)增加，促使基因治療和細胞治療的分工更為細化，推動CRO和CDMO為藥企和科研機構提供更為專業(yè)的服務，從而以降低研發(fā)成本。

CGT公司以創(chuàng)業(yè)型企業(yè)為主，與基礎研究轉化聯(lián)系緊密，依賴CDMO提供產(chǎn)業(yè)化服務。根據(jù)ARM報告、弗若斯特沙利文分析，截至2020年12月31日，全球約500CGT公司中八成為初創(chuàng)公司。CGT初創(chuàng)新藥企業(yè)在藥物開發(fā)、臨床申報至商業(yè)化生產(chǎn)過程中，由于受到工藝開發(fā)能力、GMP生產(chǎn)經(jīng)驗、臨床申報相關法規(guī)知識的限制，更多依賴專業(yè)的CRO和CDMO。據(jù)和元生物招股書的數(shù)據(jù)，基因治療外包滲透率超過65%，遠超傳統(tǒng)生物制劑的35%。

圖5 全球病毒載體生產(chǎn)廠商地區(qū)分布

病毒載體外包率遠高于傳統(tǒng)生物制劑，而下游產(chǎn)品型企業(yè)往往需要較長的等待期。根據(jù)相關報告，企業(yè)委托相關CDMO企業(yè)生產(chǎn)平均需要等待16個月，在部分情況下等待期可能長達兩年之久。與此同時，病毒載體生產(chǎn)需要預留定金這在CDMO行業(yè)罕見的行為也凸顯出其供不應求的狀態(tài)。Catalent 和 Thermo Fisher 都有在產(chǎn)能還沒釋放時收到客戶提前支付的產(chǎn)能預留定金的情況，這在傳統(tǒng)的 CDMO 行業(yè)中是從未存在過的，也表明該領域存在較大的產(chǎn)能空缺。

當前在CGT領域使用最廣泛的是腺相關病毒和慢病毒，其中AAV常用于基因治療，LV常用于細胞治療。AAV進入細胞的過程依賴于細胞表面糖基化受體識別AAV衣殼蛋白，因此AAV衣殼蛋白決定了其組織靶向的特異性。通過修飾、突變AAV的衣殼蛋白序列產(chǎn)生新的組織傾向的AAV血清型，目前已發(fā)現(xiàn)AAV有13種亞型近200多種變型，每一種都具有不同的組織趨向性，可靶向不同的組織。LV具有高表達效率和長表達時間的優(yōu)點，同時強嗜性，能整合斤非分裂細胞和分裂細胞，在適應癥的拓展上更具優(yōu)勢。

圖6 AAV與LV對比

病毒載體的制備是一個十分復雜的過程，難度極高，切制備周期長。這直接導致了全球范圍內病毒載體的GMP產(chǎn)能接近瓶頸，同時也是阻礙整個基因治療行業(yè)發(fā)展的主要障礙。

圖7 病毒載體的生產(chǎn)工藝

CGT以治療載體為核心，工藝開發(fā)和質控難度大，對生產(chǎn)工藝及質量控制是關鍵。CGT生產(chǎn)過程復雜，涉及質粒轉染和純化、生產(chǎn)細胞大規(guī)模培養(yǎng)、質粒轉染、病毒純化等多個環(huán)節(jié)的工藝開發(fā)和質控方法開發(fā)，容錯率低，對于過程控制的要求非常嚴苛，整體難度較大。因此，針對生產(chǎn)工藝及質量控制是CGT的核心開發(fā)內容，也是細胞與基因治療 CDMO企業(yè)競爭力的主要所在。目前，全球領先的CGT新藥公司的核心技術包括腺相關病毒載體技術、T細胞治療技術、溶瘤病毒技術等，治療領域集中于各類罕見疾病和腫瘤。而國內CGT新藥公司主要專注于CAR-T、TCR-T等免疫細胞產(chǎn)品，以及基因修飾溶瘤病毒產(chǎn)品的研發(fā)，治療領域為血液瘤、淋巴系統(tǒng)腫瘤、實體瘤等。

表2 國內外主要細胞與基因治療藥物研發(fā)公司 來源：和元生物招股書

病毒載體發(fā)展趨勢

病毒載體的創(chuàng)新是CGT行業(yè)發(fā)展的重要推動力之一。未來病毒載體行業(yè)的技術發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個方便：

（1）現(xiàn)有病毒載體的優(yōu)化和升級，提高現(xiàn)有病毒載體的轉導效率、靶向特異性、安全性、目的基因的穩(wěn)定表達和包裝容量，同時降低免疫原性。

（2）新型病毒載體的開發(fā)，如無細胞毒性、目的基因釋放速度可控、持續(xù)表達及具備靶向特異性的新型病毒載體。

（3）商業(yè)化生產(chǎn)工藝的突破，如開發(fā)新的病毒包裝體系、提升細胞培養(yǎng)密度、降低空殼率等?！胺€(wěn)定轉染+懸浮培養(yǎng)”工藝或將成為未來主流趨勢。

關鍵詞： 細胞治療 病毒載體