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CRISPR-Cas9 用於治療上，CRISPR Therapeutics 似乎搶先了一步，它和 Vertex Pharmaceuticals 合作研發了用於治療血液疾病的 CTX001，並於 2018 年開始了臨床試驗，2019 年五月時宣佈了用於治療鐮刀型紅血球疾病(sickle cell disease, SCD)的乙型地中海貧血(transfusion-dependent β thalassemia, TBT)的第一、二期臨床試驗結果，那時最先是兩個臨床試驗各一位患者，兩位患者的臨床試驗結果也於今年一月發表在 NEJM [1]。
CTX001 治療是把造血幹細胞(hematopoietic stem cells, HSP)抽出來，利用 CRISPR-Cas9 調控血紅蛋白，再把修正過後的紅血球輸回病患體內。TBT 患者在治療前每年需要接受多次輸血，而在接受治療九個月後便不再需要輸血。SCD 患者在治療前每年會發生多次 vaso-occlusive crises (VOCs)，在治療後便不再出現 VOCs。兩位病患在治療後觀察一年的期間內，HbF 都持續穩定的增加，雖然治療中都出現不適的情況，不過診斷過後排除是治療造成的 [1]。CTX001 已於 2019 四月拿到 FDA Fast Track Designation，Vertex 計劃在未來兩年內送 FDA，並於今年四月宣布給 CRISPR Therapeutics $900M 在研發、量產和上市上 [2]。
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相較於 CRISPR Therapeutics，Dr. Doudna 的 Intellia Therapeutics 今年六月才在 NEJM 上發表了其 NTLA-2001 的第一期臨床試驗結果 [3]。NTLA-2001 是用來治療 hereditary transthyretin amyloidosis (hATTR)。ATTR 有兩種，一種是隨著年齡增長得病機率越大的 wild-type (senile) ATTR，另一種是罕見且會致命的遺傳性 ATTR (hATTR)。TTR (transthyretin, 轉甲狀腺素蛋白)是個只有 14 kDa 的小蛋白，主要功能是運送甲狀腺素(thyroxine)和視黃醇(retinol)，在肝臟中和成後，通常以 tetramer (55 kDa) 的型態遊走在腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)和血液中。
Wild-type ATTR 是因為正常的 TTR 隨著年齡增長而變得不穩定，使得蛋白容易出現摺疊錯誤(misfold)的情況。摺疊錯誤的 TTR 無法組合成 tetramer，而是以 monomer 或 dimer 的型態存在，並且當這些 misfold monomer 碰在一起時，會變成 aggregates，跟造成阿茲海默症的 β-amyloid aggregates 一樣會堆積在組織細胞或神經細胞中，導致細胞死亡，稱為 amyloidogenesis [4]。hATTR 則是因為 TTR 基因突變而造成的，突變的 TTR 比正常的 TTR 更不穩定，更容易摺疊錯誤和堆積。
ATTR 主要發生在心臟和神經系統，目前用來治療 ATTR 的基因療法有兩個，皆已於 2018 年拿到美國 FDA 許可：Alnylam (Nasdaq: ALNY) 的 Onpattro (patisiran) [5] 和 Ionis Pharmaceuticals, Inc. (NASDAQ: IONS) 的 TEGSEDI (inotersen) [6]。Onpattro 用的是 small interfering RNA (siRNA, aka RNA interference, RNAi)，是第一個得到 FDA 許可的 RNA 療法，是利用 NLP (lipid nanoparticles) 把 siRNA 直接送進肝臟裡，使 TTR 的 mRNA 不能被轉譯成蛋白質，TTR 表現可以降低 80% [5-8]。TEGSEDI 則是 antisense oligonucleotides (ASO)，一樣是針對 TTR mRNA，使正常和突變的 TTR mRNA 被降解，無法轉譯成蛋白，同樣可以降低 TTR 表現 80% [6]。
Intellia Therapeutics 和 Regeneron Pharmaceuticals 合作研發的 NTLA-2001 也是利用 NLP 把 CRISPR-Cas9 送進體內，使 CRISPR-Cas9 進入肝臟細胞後可以造成 indels (insertions or deletions) 阻斷 TTR 基因，降低 TTR 的表現和血液裡的 TTR 含量。Intellia 於於去年十月底宣布他們將在英國和紐西蘭開始第一期臨床試驗，參與人數為 38 人，主要是檢測其安全性和有效性 [7]。
今年六月底，Intellia 在 Peripheral Nerve Society (PNS) Annual Meeting 發表了第一期臨床試驗的期中報告，同時也發表在 NEJM，論文裡的參與人數為六位患者，分為兩組不同劑量：0.1 mg/kg 和 0.3 mg/kg。ATTR 患者以靜脈注射的方式接受了一劑 NTLA-2001，然後在 28 天後測量其血清中 TTR 含量。結果顯示接受低劑量(0.1 mg/kg)的患者，其血清的 TTR 減少了 52%，而高劑量組(0.3 mg/kg)的血清 TRR 則減少了 87% [8-11]，比 Onpattro 和 Tegsedi 的 80% 還要好一些，不過 NTLA-2001 的優勢在於它只需一劑，Onpattro 則需每三週施打一次，Tegsedi 也要每週一次 [6, 8]。副作用方面，只有三個人出現輕微副作用，沒有觀察到嚴重副作用。臨床結果發表當週也是他們的 IPO，以每股 $145 的價格上市 [12]。
CTX001 和 NTLA-2001 不同的地方在於 CTX001 是把目標細胞抽出來基因編輯，NTLA-2001 則是需要把 CRISPR-Cas9 送進體內，因此如何讓它到準確地達目標器官或細胞是需要克服的瓶頸。雖說 Intellia 第一期臨床試驗目前看來頗為成功，但因為目標器官是肝臟，大多經由靜脈施打的 liposomes 都會先被肝臟吸收。Dr. Doudna 日前在 CNBC 訪問時表示，CRISPR 基因治療能有局限，要如何把 CRISPR-Cas9 送進目標器官裡仍是個需要解決的難題 [13]，不過要是能克服這個瓶頸，未來便可應用在更多疾病治療上。
Clinical trial: NCT04601051
[2022-09-29 update]
Intellia 研發的、用來治療遺傳性澱粉樣蛋白疾病(hereditary transthyretin amyloidosis, hATTR)的 CRISPR 基因療法 NTLA-2001 的最新報告顯示，只需一劑就夠了。在靜脈施打一劑 NTLA-2001(0.7-mg/kg) 的 28 天後，TTR 降了 93%。
而他們的另一個藥物 NTLA-2002 正在第 1/2 期臨床試驗中，是用來治療罕見疾病 hereditary angioedema (HAE, 遺傳性血管性水腫)，病徵是血液中的 bradykinin (緩激肽, 血管擴張劑)上升，血管外部的體液堆積擠壓到血管，造成血液流通或淋巴液流通不順暢，導致手腳和臉部等部位水腫。HAE 是一種顯性的遺傳疾病，因此只要父母其中之一有這個突變的基因，小孩就有 50% 的機會得到。HAE 是由於 C1 inhibitor (C1-INH) 不足所引起的，C1 inhibitor 是一種 serine protease inhibitor，由基因 SERPING1 表現，SERPING1 的突變會導致 C1 inhibitor 無法表現或是功能缺失。後來研究發現，除了 SERPING1 外，factor XII (F12), plasminogen (PLG) and angiopoietin 1 (ANGPT 1) 的突變也會造成 HAE，95% 的 HAE 是由 SERPING1 突變造成的。C1 inhibitor 主要是抑制 F12 和 kallikrein，因此 C1-INH 不足或功能不正常會導致 F12 和 kallikrein 無法被調控，進而造成 bradykinin 上升。NTLA-2002 即是針對 kallikrein，最新的臨床節果顯示 75 mg 的劑量可以在施打八週後降低血液中 92% 的 kallikrein。
References:
1. H Frangoul et al, CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. NEJM (2020)
2. Vertex / Vertex Pharmaceuticals and CRISPR Therapeutics Amend Collaboration for Development, Manufacturing and Commercialization of CTX001™ in Sickle Cell Disease and Beta Thalassemia (April 2021)
3. JD Gillmore et al, CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis. NEJM (2021)
4. GY Park et al, Diagnostic and Treatment Approaches Involving Transthyretin in Amyloidogenic Diseases. Int J Mol Sci (2019)
5. US FDA / FDA approves first-of-its kind targeted RNA-based therapy to treat a rare disease (Aug 2018)
6. Ionis / Akcea and Ionis Receive FDA Approval of TEGSEDI™ (inotersen) for the Treatment of the Polyneuropathy of Hereditary Transthyretin-Mediated Amyloidosis in Adults
7. Gene Online / Intellia Trials CRISPR Drug as Permanent Cure to Fatal Hereditary Disease (Oct 2020)
8. MedCity News / Intellia’s early CRISPR trial data validate a drug pipeline and the gene-editing field (June 2021)
9. CRISPR News / Clinical Trial Update: Positive Data for First Ever In Vivo CRISPR Medicine (June 2021)
10. Clinical Trials Arena / Intellia and Regeneron report positive data of CRISPR therapy for ATTR (June 2021)
11. Intellia and Regeneron Announce Landmark Clinical Data Showing Deep Reduction in Disease-Causing Protein After Single Infusion of NTLA-2001, an Investigational CRISPR Therapy for Transthyretin (ATTR) Amyloidosis (June 2021)
12. BioSpace / Intellia Tops Busy Period with $600 Million IPO
13. CNBC / How CRISPR gene editing will treat diseases in future: Nobel-winning Intellia co-founder Jennifer Doudna
14. Intellia / Intellia Therapeutics Announces Positive Interim Clinical Data for its Second Systemically Delivered Investigational CRISPR Candidate, NTLA-2002 for the Treatment of Hereditary Angioedema (HAE) (Sept 2022)
15. FIERCE Biotech / Intellia's gene editing therapies both post early successes as evidence grows for CRISPR potential
16. Biopharma Dive / Intellia offers first look at CRISPR drug for rare swelling disorder
