香港城市大学史家海：细胞外囊泡将颠覆递送系统的传统认知丨专访

北京时间 7 月 1 日，基于红细胞外囊泡（RBCEV）的药物及基因治疗递送平台 Carmine Therapeutics 宣布与国际制药巨头武田制药达成 9 亿美元的药物研发合作协议，未来双方将针对两个靶点，共同展开对罕见病的药物研发合作。

图丨红细胞外囊泡（来源：Carmine Therapeutics 提供）

香港城市大学史家海教授是 Carmine Therapeutics（以下简称“Carmine”）联合创始人之一 ，该公司由新加坡 Esco 集团旗下生命科学领域投资机构 Esco Ventures 孵化创立。

史家海于厦门大学取得学士学位，后于新加坡国立大学取得博士学位，再师从美国麻省理工大学白头研究院的 Harvey Lodish 教授，研究红细胞发育及合成红细胞药物的改造。2015 年起任香港城市大学生物医学系助理教授和博士生导师。

史家海有 20 年创新药研发经验。他曾参与戊型肝炎病毒疫苗（益可宁）的研发。博士期间，史家海证明 SARS 冠状病毒主蛋白酶的二聚体界面是潜在冠状病毒药物靶点，且这个靶点在新冠病毒中同样保守。在博士后期间，史家海在 Harvey Lodish 指导下开拓了一个体外合成的红细胞药物输送研究，基于本项研究 Harvey Lodish 于 2014 年在波士顿创立 Rubius therapeutics（以下简称“Rubius”），并于 2018 年上市，当时市值接近 20 亿美元。

新加坡 Esco 集团总裁兼首席执行官、Esco Ventures 的创始人兼执行合伙人、Carmine 创始首席执行官林向前 (XQ Lin) 也是本次合作的重要促成人。Esco Ventures 成立于 2014 年，专注于早期创新项目和大量未被满足需求的高风险医药前沿技术，林向前本人毕业于美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院。

针对本次合作，生辉与史家海教授、林向前取得联系，并对他们进行了一次联合专访。林向前认为，“目前，基因治疗赛道发展火热，无论是大型还是中小型制药公司，都在加快布局的脚步，本次 Carmine 与武田制药达成合作，不仅是对上述逻辑的验证，更是对 Carmine 自主研发红细胞外囊泡递送技术的肯定。”

而史家海却告诉生辉，他的研发和创业之路从 “穷” 这一窘境的启发开始。

图丨史家海（来源：受访者提供）

“穷”，妙不可言

“从 Whitehead 研究所完成合成红细胞疗法的博士后课题后，我回到了香港，也就是 2015 年，当时我用三年时间去申请红细胞药物研究的基金，但全部都失败了。”史家海笑着对生辉说到。

“为什么？”生辉反问。

“所有人都觉得我是‘骗子’，我做的这个东西太早了。”史家海答到。

这项成就了 Rubius 的研究，当时正因为 “超前” 而遭到 “误解”，但史家海的研究和创业之路并未因暂时的“误解” 而中止，他开始了红细胞外囊泡递送药物的研究课题。当时，外囊泡递送技术正因为 2013 年的诺贝尔生理医学奖而被世人关注，诺奖光环之下，企业的布局大幕随即拉开。

关于有哪些契机让史家海将目光投射到外囊泡身上，史家海的回答非常“接地气”。

“我当时太穷了。”史家海毫无掩饰地对生辉说到，“红细胞工程化改造需要用到干细胞，当时我在香港城市大学的课题组刚刚成立，还没有申请到研发基金，没有能力去购买用于研究的原料。”

图丨史家海丁香园发帖（来源：丁香园）

史家海一直有在丁香园网站发布帖子分享的习惯，生辉找到了当时的页面，“求购 CD34（分化红细胞的主要干细胞原料之一）”和 “实验室耗材折扣” 的帖子被安静的置放在他的主页上，可见史家海当时确实“不富裕”。

而 “穷” 的不止史家海一个，还有如今声名鹊起，当时却相对默默无闻的独角兽公司“Rubius”，作为 Rubius 成立组建的早期见证者之一，史家海也向生辉说起了 Rubius 的成立始末。

“我在 2010 年 4 月份加入 Harvey Lodish 的实验室做博士后研究，主要做一个关于蛋白质结构的课题，2010 年一整年我的课题都没什么进展，当时美国正在扮演‘世界警察’的角色，战场上的士兵有输血的需求，而血液只能保存 42 天，大概 6 周左右，从美国境内采血再运输到美国境外需要两周的时间，也就是说血液在战场只能保存四周。美国国防部高级研究计划局（DARPA）就提出研究议题，希望直接利用干细胞分化生产血液，来延长血液在战场的保存时间。研究中途 Harvey 参与进来，对其中的一些技术难点进行优化，我也利用小鼠和人干细胞的体外分化系统去合成红细胞，当时能够达到 60%-70% 的去核率。但是生产出来的血液价格比较昂贵，于是我们就开始构想，能否把红细胞改造成具备高附加值的红细胞，比如修改膜表面蛋白，让它达到携带用药原蛋白的目的，这构想在在小鼠和人红细胞试验上成功了。”史家海说到。

这也是 Rubius 技术理念的雏形，但从 “构想” 到“应用”，史家海和 Harvey 也走了不少弯路。

史家海表示，红细胞有一个很重要的特征，在其整个发育的过程中，会把所有除了血红蛋白和一些血红细胞专有蛋白以外的蛋白全部降解。即使在红细胞内表达绿色荧光蛋白（GFP），在分化末期红细胞也会将其全部降解。“我们开始走了很多弯路，最后发现必须要把所需的蛋白链接红细胞特有的蛋白上，才能让蛋白在红细胞内正常存在。”

思维的转化催生了研究的推进，史家海和 Harvey 实验室的团队随即发表了红细胞工程化改造的相关论文，并证明红细胞可以被改造成可携带外源的蛋白质，也能连接药用小分子和抗体。

图丨相关论文（来源：PNAS)

史家海表示，我们通过改造干细胞中红细胞专有蛋白，同时使干细胞在体外扩增和分化成完全去核的合成红细胞，这些合成红细胞既和正常红细胞没有太大的区别，又携带药用蛋白，进而变成药用红细胞。“期间，我通过反复试验，也让干细胞分化得到红细胞的去核率能够达到 100%，整个体系成功了。”

时间的指针拨到 2013 年，这一研究被波士顿生命科学领域著名风投 Flagship Pioneering（以下简称 “Flagship”）创始人 Noubar Afeyan 发现，彼时 Flagship 刚刚成立，还没有“全美排前三的投资机构” 这一光环，仅在波士顿本地，Flagship 管理基金的容量也只排在 25-30 名左右。同样处于雏形阶段的还有 “VentureLabs” 这一理念，识于微时，两个新思维之间碰撞出了火花。

Flagship 向史家海参与的研究抛出了天使轮的橄榄枝，2014 年，Rubius 正式成立，把苯丙酮尿症（Phenylketonuria，PKU）的治疗药物作为第一个研发方向，并正式入驻 Lab Central。

“当时的 Rubius 也很‘穷’，甚至没有足够的资金去完成小鼠试验，负责人对老鼠试验外包人员说我们能不能只做一只老鼠试验？而且当时 Lab Central 也很穷，很多实验设备，如桌面离心机，都是各个仪器公司捐赠的。Lab Central 对仪器公司说，如果新创公司习惯使用他们的仪器，那么这些公司成长以后也会优先使用他们的仪器。”史家海用玩笑的语气对生辉说。

柳暗花明，Rubius 在 2018 年登陆资本海岸成功上市，Flagship 也孵化出了 Moderna 等公司，一举成为闻名遐迩的风投机构。Lab Central 也成为了波士顿最好的生物初创公司孵化器。在阶段性成功面前，关于 “穷” 的回顾不过是一个有血有肉的玩笑，如今的 Rubius 、Flagship 和 Lab Central 早已用实力证明了自己。

从 0 到 1，需要思维 buff 加成

2015 年，由于个人原因，史家海婉拒了 Rubius 的工作邀约，回到香港担任香港城市大学助理教授，开始了对研发基金的三年 “求索” 之路。

“穷”让他不得不另辟蹊径，史家海因此和当时同在香港城市大学任职的黎月明教授一起，对红细胞外囊泡的递送展开了系统地研究。

“工程化红细胞太贵，我们转头对红细胞外囊泡展开了研究，并开发出了用于递送基因治疗工具的非病毒载体。”史家海说到，“不止于此，我们的红细胞外囊泡可以用来输送所有的核酸药物，包括小分子化合物和长链、短链核酸药物。”

外囊泡（EVs）是新一代药物载体，近期大热的外泌体是外囊泡的一个亚型。然而，由于 EVs 的生产仍然受限，基于 EVs 的药物输送方法因此受到阻碍。目前的纯化方法，如蔗糖密度梯度超速离心或尺寸排阻色谱法，它们耗时长且难以大规模操作。此外，外囊泡产量非常低，要获得足够用于载药研发的 EVs，需要耗费数十亿个细胞，这一过程很难实现。如果使用永生化细胞来替代生产 EVs，致癌 DNA 和反转录转座子元件就有可能与 RNA 药物一起转移。

实际上，所有有核细胞都存在一定程度的基因转移风险，因为目前尚不能预测哪些细胞存在危险的 DNA，哪些不存在。史家海选择用红细胞生产的外囊泡，以达到减少有核细胞带来的风险问题。

而当被问到选择红细胞外囊泡的主要原因是什么，史家海的回答又回归了 “接地气” 的亲切本质。

“因为它足够大。”

史家海表示，在整个外囊泡领域的相关头部公司，无论是 Codiak Bioscience 还是 Evox，多选用的外囊泡都是由有核细胞，如间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cell，MSC）所分泌的外囊泡。这些外囊泡很小，通常只有 40 纳米左右，所以这些外囊泡只能用来输送短链 RNA 和小分子。“红细胞外囊泡更大，大概有 140 纳米左右，它可以装载比较大的 mRNA，这让红细胞外囊泡跟所有的 LPN 脂质体递送工具相比，具备突出的递送优势。”

“大”的优势也赋予了红细胞外囊泡递送药物外更加广阔的应用场景——递送基因编辑工具。

黎月明教授最先提出用红细胞外囊泡来输送小分子药和 ASOs 这一理念，以此达到治疗癌症的目的。史家海本人对基因编辑技术非常感兴趣，在成功把 4.7kb 的 Cas9 长链 mRNA 转到外囊泡内部后，史家海发现可以利用这一功能实现基因编辑的过程。

“这一特性把我们的技术跟其他所有的外囊泡技术区分开了。”

技术的 “超前” 并未给融资带来优势，在中国大陆、香港和美国寻觅投资无果后，史家海找到了新加坡风投机构 Esco Ventures X，并成功获得了初轮融资，Carmine 正式成立。

“面对处于早起的新兴技术，中国投资者需要观望后才会考虑投资，而美国投资机构对中国本土的技术存在一些偏见，他们不信任中国人也能开发出新的技术。”

此时，史家海遇到了 Esco Ventures 和林向前。“他是一个商业天才”，史家海这样评价林向前。“Esco Ventures 给了我们最大的尊重、支持和信任，通过强大的执行能力，在专利申请流程、商业化落地的角度提供了非常大的帮助。”

史家海口中的 “天才” 林向前则补充道，Esco Ventures 的投资理念和 Flagship 类似。“我们的投资从实验室论文产出阶段就已经开始，但是 Esco Ventures 最大的特点是，我们会利用已有的实验室资源，对选中的论文结果进行数据重复实验，确定数据稳定后，才会考虑下一步的投资和孵化。”

很明显，史家海的的实验数据经受住了林向前的 “考验”，这让他迈出了不再“穷” 的第一步，当生辉问到在技术研发中遇到那些难点的时候，史家海的回答也很有趣。

“难点都是技术性的难度，但这些都不是真正的难点，我倒是觉得最大的难点是思维的转化，我之前一直在做学术研究，20 年的科研经验让我看东西的角度跟别人不一样。目前的学术研究，都在研究‘机制’和‘机理’，我觉得要从工程化，也就是最近非常流行的‘合成生物学的角度’去看待问题，对研究对象进行改造，让它成为可应用的‘产品’。”

“只有这样，才能在科研上获得从 0 到 1 的突破。”史家海对生辉强调，“无论是 Rubius 还是 Flagship ，他们研发和投资的思路和传统方式相比显得有些‘特立独行’，但他们也取得了非常大的成功，思维的转化非常重要。”

谈到专利的问题，史家海直言不讳地告诉生辉。“我必须严正声明一点，红细胞外囊泡载药技术的专利跟我最早在麻省理工学院 Whitehead 研究所合成红细胞的载药专利是两个完全不同的专利，这两个专利之间没有互相依附，是完全独立的两个专利。”

图丨红细胞外囊泡（来源：Carmine Therapeutics 提供）

而本次 Carmine 宣布了与日本武田公司达成超过 9 亿美元的合作，史家海迈出了不再 “穷” 的第二步。（点击查看相关合作报道《超9亿美元！武田制药与红细胞外泌体技术研发公司Carmine达成合作》）

“中国马上就会出现自己的 Flagship ，激进估计 3 年内、保守估计 5 年内”

作为 Rubius 和 Flagship 的发展合作的见证人之一，史家海对 Flagship 的模式有着自己的理解。

“我还在 WhiteHead 的时候，曾经在波士顿的春天和 Flagship 的创始人 Noubar Afeyan 聊天，他向我介绍了 Flagship 的投资理念，Noubar 告诉我他们主要面对一些非常聪明的 PhD，这些人不想一生从事学术研究工作，通过训练，让这些 PhD 去和科学家进行沟通，帮科学家把研发的想法和成果转化成商业计划书，这和传统风投的思维是完全不同的。”

而当生辉问到，中国是否会出现自己的 Flagship 时，史家海肯定的答到，“一定会”，他给 “一定会” 添加了一个时间状语——“激进估计 3 年内，保守估计 5 年内。”

“为什么？”生辉反问。史家海又说起了自己在丁香园的趣事。

“2013-2014 年左右，我还在波士顿读博士后，当时纳米抗体非常热门，这些纳米抗体通常是从骆驼和鲨鱼体内生产出来的，当时，鲨鱼抗体只能从护士鲨，也就是大概是长达 5~6 米的鲨鱼体内才会被生产出来，因为鲨鱼是个保护动物，所以无法实现商业化。我是福建人，福建有一种食物叫鲨鱼煲，利用的是当地的非保护鲨鱼，斑竹鲨，回到香港后我想开展相关研究，但是当时比较‘穷’，但穷则思变，我就在丁香园上发了一篇帖子，寻求合作的机会。”

图丨鲨鱼的新贡献（来源：丁香园）

生辉发现，丁香园上史家海的帖子果然存在，题目是“单域抗体——鲨鱼的新贡献”。不可思议的是，史家海用发帖的方式，居然找到了合作对象。

“当时华大基因的实验室主任杨乃波博士正在做骆驼单抗研究，他看到我的帖子非常感兴趣，专门到我香港的实验室前后共考察三次，最后我们确立了合作意向，并申请了深圳科创委的研究经费。在华大基因的支持下，我们得到了斑竹鲨这一鱼类的全基因组数据，并证明这种鲨鱼可以产生抗原特异性的抗体，随后，我们就得到了高纯度的抗体产品，相关论文正在准备中。目前正在打算和其他公司合作，成立一家新的外包公司平台，生产鲨鱼和骆驼纳米抗体。”史家海对生辉说到。

“所以，这就是中国最‘牛’的地方，中国有太多聪明人，用网站发帖的方式，都能找到专业性极强合作伙伴，这在其他国家是非常少见的。”

史家海对中国本土的人才和地域优势的评价非常高。“我觉得中国青年科学家的学习能力非常强，目前也取得了系统性的科研成果，比如之前也在 Whitehead 研究所做博士后研究的杨辉（辉大基因联合创始人）已经在 Nature、Science 这种顶级期刊发表了研究成果，这都是非常好的工作。再比如说我国长三角、大湾区的生命科学产业园区的发展非常繁荣，每一个区域都有很多优秀的公司，所以我觉得以中国生命科学产业的发展速度，5 年时间内一定会出现自己的 Flagship。”

“5 年都是保守估计，其实我认为 3 年之内就会出现。”

而林向前则认为，Flagship 的模式从美国落地到国内，需要进行 “本土化” 的改造。“还是要结合科研院校、机构突出的基础科研结果，去筛选哪一些技术能够被转化成平台型公司，进而生产新药。”

关于 Carmine 的未来，史家海也充满着故土情怀。“我希望建立 Carmine 中国分公司，近几年，中国新发癌症数目占全球新发癌症总数的 50% 左右，中国人需要本土的平台公司，去开发相关癌症的治疗药物。”

“我在香港工作，香港的人均寿命能够达到 86 岁，而中国内地人均寿命大概为 76 岁，我想为这 10 年的差距，贡献一点自己的力量。”