低收入和中等收入国家中镰状细胞病的基因疗法：来自冈比亚的见解

《Discover Public Health》：Gene based therapy for sickle cell disease in low and middle income countries insights from the Gambia

　　摘要：镰状细胞病（SCD）仍然是全球重要的健康负担，对低收入和中等收入国家（LMICs）的影响尤为严重，尤其是在撒哈拉以南非洲地区。最近基于基因的疗法取得了进展，包括CRISPR-Cas9技术（如Casgevy）和慢病毒治疗（如Lyfgenia），这些技术为治愈提供了有希望的解决方案。然而，这些疗法面临高成本、可及性有限以及安全问题（如脱靶效应和免疫反应）的挑战。本文强调需要可持续的融资模式，例如全球资助框架和公私合作伙伴关系，以使这些疗法变得可负担和可获取。加强医疗基础设施、促进全球研究合作以及社区参与是弥补SCD护理现有差距的关键策略。此外，必须发展伦理考量和监管框架，以确保基因编辑技术的安全和公平使用。采取全面的多部门方法对于改变SCD管理、降低死亡率并提高全球受影响人群的生活质量至关重要。

1 引言
据估计，每年有30万至40万新生儿患有SCD，其中超过80%的病例发生在撒哈拉以南非洲[1]。尽管负担如此沉重，但全球在SCD护理和研究上的支出仍然很少，大多数科学进展都是由高收入国家的研究推动的[2]。SCD常被称为与贫困相关的疾病，因为它要么困扰贫困人口，要么由于终身护理成本使受影响的家庭陷入贫困。SCD是一组常染色体隐性血红蛋白病，其特征是在β-珠蛋白分子的6位点上谷氨酸被缬氨酸取代（βGlu6Val/βs-基因），从而产生HbS血红蛋白，这种血红蛋白在脱氧时会聚合[5]。这导致红细胞变形，并引发多种相关的健康并发症，如慢性溶血性贫血和血管阻塞[3]。最常见的也是最严重的基因型是HbSS（镰状细胞贫血），由HbS基因的纯合遗传引起[4]。HbSC是由HbS和HbC的血红蛋白的杂合遗传引起的，通常症状较轻。HbS/β-地中海贫血是由HbS和β-地中海贫血等位基因的共遗传引起的，其严重程度取决于β-地中海贫血突变是β?（不产生β-珠蛋白）还是β?（产生减少的β-珠蛋白）。较为罕见的形式包括HbSD、HbSE和HbSO，它们是由与其他异常血红蛋白变体的复合杂合引起的。具有镰状细胞特征（HbAS）的个体携带一个HbS等位基因和一个正常的HbA等位基因。虽然通常无症状，但在极端生理压力下可能会表现出并发症[4]。

SCD是1949年首次被基因特征描述的分子疾病，仅在遗传密码首次被阐明后的五年，以及James B. Herrick博士在1910年首次描述该疾病后的近四十年[3]。然而，朝着治愈性治疗的进展缓慢，这可能是由于疾病负担集中在资源匮乏的地区，吸引了有限的商业研究投资。基因编辑技术的发展，特别是CRISPR-Cas9（2020年诺贝尔化学奖获奖技术）[5]，重新点燃了对SCD疗法变革的希望。本文提供了关于基因编辑方法在SCD治疗中的前景和挑战的批判性概述，特别关注与低收入和中等收入国家（LMICs）相关的伦理、经济和实施考虑，以冈比亚为例。这是一篇叙述性视角的综述，综合了关于基于基因的疗法的已发表证据以及冈比亚临床医生的实施见解。本文不构成系统评价，也不提供原始的定性数据。

1.1 冈比亚的视角
本文基于在冈比亚工作的作者们的临床经验，反映了在资源严重有限的医疗系统中管理SCD所面临的持续挑战。诊断限制、缺乏普遍的新生儿筛查以及无法获得必要的疗法（如羟基脲）继续阻碍了最佳护理。患者及其家庭常常需要承担大量的自付费用，许多人由于经济限制而无法持续进行随访。结构化的登记系统和国家SCD护理路径仍然有限，加重了患者和提供者的负担。这些共同的见解强调了获得治愈性疗法的公平性以及加强医疗系统的迫切需求。冈比亚作为更广泛LMIC现实的缩影，说明了迫切需要全球合作行动，以缩小尖端基因创新与实际现场实施之间的差距。

2 当前和未来的SCD疾病修饰药物及其局限性
SCD与终生发病率和预期寿命缩短相关[9]。大多数患者因急性疼痛危机、严重贫血和脱水而前往急诊科[10]。当前的治疗选择包括疾病修饰疗法，如羟基脲、慢性输血，以及在少数情况下，近乎治愈性的方法，如造血干细胞移植和基因治疗[11]。输血疗法旨在增加正常血红蛋白（HbA）的比例，从而减轻镰状红细胞的病理生理效应[12]。急性输血用于管理严重贫血或急性并发症，而慢性输血用于预防初次中风和复发中风，特别是为了减少血管阻塞危机和急性胸综合征的发生[13]。SCD管理中的关键药理策略包括诱导胎儿血红蛋白、抑制HbS聚合、调节氧化应激和炎症、增强一氧化氮信号传导以及针对内皮功能障碍和细胞粘附机制[14]。

2.1 羟基脲
羟基脲（也称为羟基碳酰胺）是第一个获得FDA批准并广泛采用的SCD疾病修饰疗法。它是一种口服抗肿瘤剂，也是核糖核苷酸还原酶的抑制剂，在SCD中具有多种有益作用。其主要机制是诱导胎儿血红蛋白（HbF），从而减少HbS聚合和血管阻塞[15]。羟基脲还提高了一氧化氮的生物利用度，降低了白细胞和网织红细胞计数，减少了红细胞与内皮的粘附，并降低了红细胞密度，共同减少了血管阻塞危机和急性胸综合征的发生频率[16, 17]。疾病修饰药物可以减少SCD患者的疼痛发作、急性胸综合征、住院次数和输血需求[17]。较高的HbF水平，无论是由于生理状态（如婴儿期）还是遗传修饰因素，都与减少的HbS聚合和较轻的疾病表型相关[15]。尽管有效，但羟基脲引发了关于潜在不良影响的担忧，包括不孕、致突变性和致畸性[18]。然而，现有证据表明，在妊娠早期使用羟基脲对人体并不具有致畸性[13]。在妊娠第三期使用可能会改善母婴结局。此外，研究表明母乳中的羟基脲水平很低，可能是安全的，这促使人们呼吁修订当前的哺乳禁忌症[18]。

2.2 新的DMDs
除了羟基脲，美国FDA还批准了crizanlizumab（一种针对P-选择素的单克隆抗体，用于减少血管阻塞[19]）和L-谷氨酰胺（一种改善红细胞代谢的抗氧化剂[20]）。还有几种其他候选药物正在临床开发中。Imatinib正在研究用于减少血管阻塞危机中的疼痛（NCT03997903），Siplizumab用于预防移植后的移植物抗宿主病和移植物失败（NCT06078696），以及L-肉碱加羟基脲用于严重SCD的管理（NCT05081349）。

3 基于基因的疗法概述
近年来，基于基因的疗法作为潜在的SCD治愈方法出现[21]，标志着超越症状性和支持性护理的重大飞跃。这些方法针对潜在的基因缺陷或调节血红蛋白表达，以恢复正常的红细胞生成。目前有四类主要的基于基因的干预措施正在研究或已被批准用于临床使用，如表2所示。

3.1 通过慢病毒载体添加基因
这一类别中最先进的疗法之一是Lyfgenia?（lovotibeglogene autotemcel），它使用BB305慢病毒载体来传递编码抗镰状血红蛋白HbAT87Q的修饰β-珠蛋白基因[23]。该过程涉及自体移植转导的造血干细胞和祖细胞。图1：Lyfgenia于2023年获得FDA批准，适用于12岁及以上有血管阻塞事件史的患者。临床试验表明，88%的患者在输注后6至18个月内血管阻塞事件完全缓解，显示出在β-地中海贫血和SCD人群中的显著安全性和有效性。尽管前景广阔，但其广泛应用受到高成本和支持细胞处理和调理所需先进基础设施的限制。

3.2 基因编辑（CRISPR-Cas9）
CRISPR-Cas9基因组编辑（图1），以Casgevy?（exa-cel）为例，通过破坏BCL11A等调控基因来发挥作用，这些基因抑制胎儿血红蛋白（HbF）的产生[24]。通过增加HbF水平，这种方法可以补偿缺陷的成人血红蛋白。基于CRISPR的疗法精确度高，与病毒载体相比插入突变的风险较低，但潜在的脱靶效应和免疫反应需要长期监测。

3.3 基因编辑和新兴技术
正在开发新的基因编辑技术，包括碱基编辑器和prime编辑，以在不引起双链断裂的情况下纠正β-珠蛋白突变[25, 26, 31, 32]。这些方法仍处于临床前或早期临床阶段，理论上在安全性和精确性方面具有优势。尽管基因疗法在临床试验中显示出了令人鼓舞的安全性，但在一些接受慢病毒基因治疗的SCD患者中，大约在治疗后3至5.5年内报告了血液系统恶性肿瘤的病例[27]。在这些病例中，插入性肿瘤发生被排除为LentiGlobin治疗后的原因。有几项正在进行的研究针对接受体外基因治疗的SCD患者[NCT04628585]、[NCT05477563]、[NCT03745287]和[NCT04208529]。正在进行的研究继续评估临床益处的持久性和长期安全性，包括监测晚期不良事件（如血液系统恶性肿瘤）和编辑或基于载体的方法后的基因组稳定性[27]。

图1展示了Lyfgenia和Casgevy治疗的一般步骤。接受基因治疗的患者需要临床稳定和术前优化，通常包括在干细胞收集和调理之前的输血支持[8, 24]。下一步是干细胞采集，然后用基因技术进行治疗。之后，患者在重症监护条件下接受骨髓清除化疗。最后，患者接受无疾病的、经过基因修饰的造血干细胞。

3.4 长期安全性和持久性考虑
基于基因的SCD疗法显示出了令人鼓舞的早期结果；然而，长期安全性和疗效的持久性仍然是关键考虑因素。目前针对慢病毒基因添加和CRISPR-Cas9方法的临床试验数据基于通常为18至48个月的随访期[28,29,30]。在此期间，大多数接受治疗的患者显示出胎儿血红蛋白或抗镰状血红蛋白表达的持续增加，血管阻塞事件显著减少。然而，SCD是一种终身疾病，治疗益处的持续数十年需要持续评估。此外，还必须考虑平台特定的风险。慢病毒载体整合到宿主基因组中，存在插入突变的理论风险，尽管新的自失活载体设计旨在降低这种风险[30]。文献中报告了SCD患者在接受慢病毒基因治疗后的血液系统恶性肿瘤病例，这强调了长期监测的必要性[27]。基于CRISPR-Cas9的策略避免了病毒整合，但引发了关于脱靶编辑、意外的基因组改变和潜在免疫反应的担忧[25, 26]。此外，这两种方法都需要骨髓清除调理，这与感染、不孕和器官毒性等风险相关[26]。监管机构目前要求延长治疗后的监测期，通常长达15年[8]。然而，在LMICs中，有限的登记系统、分散的随访系统和受限的血液学基础设施对持续监测构成了重大挑战[31]。因此，任何实施路线图都必须整合长期监测能力，以确保安全 and 公平的部署。4 可负担性、伦理和监管考虑基因编辑技术的伦理影响，特别是在治疗遗传疾病方面的影响，已在文献中进行了讨论 [32]。然而，由于最近的发展，例如获得授权的 Casgevy（使用 CRISPR-Cas9 [33]）或 Lyfgenia（采用更常见的方法，利用失活病毒将修饰基因传递到体内细胞），新的伦理问题出现了。以 Casgevy 为例，临床试验的目标参与者是弱势群体，如未成年人和重症患者 [NCT03745287]。这突显了获得充分知情同意或同意的重要性，并提出了不公平诱导的可能性。不仅必须向参与者提供他们参与内容的完整信息，包括但不限于风险和益处，还必须让他们意识到这种治疗可能并不对每个人都完全有效。鉴于镰状细胞病和 β-地中海贫血是终身疾病，治疗的前景可能导致患者在未充分考虑风险和益处的情况下同意接受治疗。另一组考虑因素包括已知、未知、非预期和脱靶效应。根据实际结果，已知的副作用包括“血小板和白细胞计数低、恶心、呕吐和腹痛”[8]。然而，由于精准度仍然是基因编辑的主要关注点，因此存在非预期和脱靶效应的风险；在目标区域之外的 DNA 改变仍有可能导致意外突变或伤害。更不用说那些尚未确定的效果了，因为测试仍在进行中，其中一些效果可能会在患者以后的生活中显现。除此之外，当务之急还包括筛查、提供羟基脲以及预防感染。即使这些问题得到了充分解决，确保 Casgevy 和 Lyfgenia 的公平获取仍然是一个巨大的挑战。一般来说，由于基因编辑治疗并不广泛可用，尤其是对于低收入和中等收入国家（LMICs）的人来说，获取这些治疗既困难又昂贵。例如，Casgevy 所针对的镰状细胞病和 β-地中海贫血在地中海、南亚、撒哈拉以南非洲和东南亚等地非常普遍，而这些地区的许多国家已经在努力提供负担得起和高质量的医疗服务。Casgevy 的价格约为每疗程 220 万美元 [34]。在低收入和中等收入国家，即使常规护理也不稳定 [35]，因此获取这种新型治疗的途径仍然有限。即使有财务赞助，确定治疗优先顺序也是一个问题，因为需要帮助的患者名单可能很长。最后，管理 CRISPR-Cas9 在医疗治疗中的使用的监管框架以及一般基因编辑技术仍然是重要的考虑因素。基因编辑技术的发展速度远远超过了监管的进步。这要求监管机构采取更积极主动的态度，以确保这些技术的伦理使用。虽然 Casgevy 和 Lyfgenia 的目的是为了帮助患者，但不能排除它们被用于伤害他人的可能性。鉴于此，存在充分和及时的监管框架以及其谨慎的实施，可以成为基因编辑技术（如 CRISPR-Cas9 及其衍生产品 Casgevy 或更传统的 Lyfgenia）伦理研究和利用的重要保障。5 低收入和中等收入国家（LMICs）的获取障碍尽管基于基因的疗法具有变革潜力，但在 LMICs 中的实际可获取性几乎不存在。撒哈拉以南非洲和其他高负担地区的多重系统性障碍阻碍了其采用。像 Casgevy 和 Lyfgenia 这样的疗法的成本——每次治疗超过 200 万美元——超出了大多数国家卫生系统的承受范围 [34]。许多 LMICs 的卫生预算有限，优先考虑传染病、母婴健康和初级护理。此外，很大比例的患者需要自费支付，使得即使是常规的镰状细胞病管理也变得经济负担沉重 [35]。基因疗法还需要复杂的基础设施，包括洁净室实验室、血浆置换装置、冷冻保存系统、移植能力和高度训练的人员 [36]。这些资源主要只存在于少数三级医疗机构中。此外，准确的诊断和长期监测对于患者选择和安全监测至关重要，但许多 LMICs 缺乏新生儿筛查计划、血红蛋白电泳、分子诊断和国家级镰状细胞病登记系统 [31]。先进基因组疗法的监管框架尚未完善，进口可能会遇到伦理和海关相关延误 [36, 37]。5.1 LMICs 中的镰状细胞病护理的即时与长期优先事项在这种情况下，实施必须采取分阶段和现实的方法。即时优先事项应集中在加强基础镰状细胞病护理上，包括新生儿筛查、提供羟基脲、预防感染、安全输血服务、预防中风以及建立国家级登记系统。这些干预措施具有成本效益，能够显著降低早期死亡率。相比之下，基于基因的疗法代表了一个更长期的战略目标。它们的安全部署需要移植基础设施、干细胞处理能力、长期监测系统和可持续的融资机制。将基因疗法纳入分阶段的卫生系统加强路线图中，可以确保基因组创新补充而不是取代高负担环境中的基本护理。6 案例分析：冈比亚——在生存与创新之间冈比亚是一个约有 290 万人口的红外线非洲国家 [38]，它展示了高镰状细胞病负担与有限的卫生系统能力之间的矛盾。大约 20% 的人口携带镰状细胞特征，估计有 1-2% 的人患有镰状细胞病 [39]。根据全国人口估计，这意味着全国有数万人患有镰状细胞病。尽管负担严重，但国家全面管理镰状细胞病的能力仍然有限。这个案例分析由在冈比亚工作的临床医生共同撰写，为许多 LMICs 的实施挑战提供了定量和结构上的背景。6.1 卫生系统能力和服务集中化专门的镰状细胞病护理主要集中在班珠尔的 Edward Francis Small 教学医院（EFSTH），这是该国唯一的三级教学医院。在该中心之外，获得血液学服务、输血监测和专家随访的机会有限。世界卫生组织推荐羟基脲作为一线疾病修饰疗法 [13]，但由于采购和供应链限制，其供应并不一致 [40]。先进的疾病修饰疗法尚未在国家药品系统中注册。6.2 诊断差距和监测限制在冈比亚，全国范围内的新生儿镰状细胞病筛查尚未实施 [41]。大多数情况下，诊断仅在出现临床并发症后进行。此外，血红蛋白电泳和分子诊断的实验室基础设施有限，且尚未建立国家级镰状细胞病登记系统。这些差距限制了早期干预、纵向监测和参与国际研究网络的机会。6.3 基因疗法的基础设施准备在冈比亚，如同许多 LMICs 一样，实施基于基因的疗法需要干细胞采集能力、骨髓清除准备设施、生物安全实验室和长期基因组监测系统——这些在国内都尚未具备。此外，先进细胞和基因组疗法的监管框架尚未完善。这些结构性现实使得基因疗法在短期内不可行。6.4 分阶段创新的教训尽管存在这些限制，冈比亚受益于现有的研究机构，包括伦敦卫生与热带医学院的冈比亚医学研究委员会单位 [42]，以及集中的卫生治理结构。加强登记系统、诊断和劳动力培训可以为未来参与区域基因组疗法计划创造分阶段的路径。因此，冈比亚的案例表明，公平的创新需要在整合先进疗法之前逐步投资于基础护理系统。7 融资模式和全球合作伙伴关系虽然基于基因的疗法在科学上取得了突破，但真正的挑战在于使这些治疗在低收入和中等收入国家（LMICs）中变得可获取和负担得起，而这些国家占镰状细胞病病例的 80% 以上。7.1 重新思考传统融资模式传统的基于市场的制药模式不适合像镰状细胞病这样的罕见或地区性集中疾病。基因疗法的高开发成本估计为每位患者 100 万至 200 万美元，使其在 LMICs 中的商业可行性有限。需要多方面的融资方法，结合公共-私人合作伙伴关系（PPPs）、全球卫生补贴和联合采购系统。7.2 多边组织的作用世界卫生组织（WHO）、Gavi 和全球基金等组织已经通过创新融资在 LMICs 中成功提供了疫苗和 HIV 治疗。类似的模式可以适应于支持基因疗法，包括提前市场承诺（AMCs）、分级定价和技术转让协议，以降低成本并建立本地制造能力。7.3 地方和区域创新中心非洲和南亚的区域创新中心在制造和研究方面具有巨大潜力。非洲 CDC、MRC Gambia 和南非的威茨大学等机构可以领导临床试验监督、伦理治理和数据共享计划，以适应当地实际情况。南南合作也可以推动共享流行病学和社会经济背景下的创新和培训。7.4 冈比亚作为可扩展模式的试验场冈比亚凭借其紧凑的人口和集中的卫生基础设施，可以作为试点公平镰状细胞病干预措施的概念验证地点。国家领导力和侨民参与，如本文的合著，为制定针对镰状细胞病的国家卫生议程提供了机会。7.5 动员政治意愿和患者倡导可持续融资还需要政治意愿和患者倡导网络的动员。政府必须愿意将镰状细胞病纳入国家保险计划、基本药物清单和全民健康覆盖框架。同时，不断增长的全球镰状细胞病侨民可以帮助推动立法支持、捐助者兴趣和研究资金，以满足受影响社区的需求。8 结论像 Casgevy 和 Lyfgenia 这样的基于基因的疗法标志着镰状细胞病治疗的历史性突破，提供了超越现有疾病修饰疗法和支持性护理的治愈潜力。然而，这些创新有可能成为全球卫生公平和差异的另一个分界线。如果没有有意识的干预，受镰状细胞病影响最严重的群体，特别是在撒哈拉以南非洲和 LMICs，将是最后受益的。要改变这一现状，需要多部门的方法。这不仅包括科学创新，还包括伦理保障、监管准备、财务重组和全球团结。冈比亚的案例表明，资源有限的环境可以提供有关最低护理标准的宝贵见解，同时也突出了在安全有效地部署基因疗法之前必须解决的基础设施和政策差距。科学已经准备就绪，现在系统必须跟上。确保镰状细胞病患者能够获得基于基因的疗法不仅是医学上的必要，也是道德上的要求。通过共同努力、战略投资和社区主导的创新，即使在世界最服务不足的地区，没有镰状细胞病的未来也是可以实现的。