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为解决基因编辑治疗遗传疾病中效率、安全性和应用范围的问题，研究人员开展碱基编辑和引导编辑的研究。结果显示，相关技术进步提升了编辑效率、安全性和多功能性，这推动了更多遗传疾病治疗方案的发展，为攻克疑难病症带来新希望。
在生命科学和医学领域，基因编辑技术一直是研究的热点。遗传疾病，这些由基因缺陷引发的病症，长期以来困扰着人类。像是镰刀型细胞贫血症、β 地中海贫血等，患者承受着病痛折磨，传统治疗手段往往难以根治。而 CRISPR 技术的出现，为基因治疗带来了曙光。起初，基于 CRISPR 的方法能诱导靶向双链 DNA 断裂，但也伴随着一些问题，比如会产生非预期的编辑结果，像不受控的插入缺失（indels）或大片段缺失，影响基因编辑的准确性和安全性 。同时，传统的递送方式，如病毒载体，存在包装容量限制和免疫原性等弊端，限制了基因治疗的应用范围。因此，研究人员迫切需要开发更精准、高效且安全的基因编辑技术，拓展其在遗传疾病治疗中的应用，这便是此次一系列研究开展的重要原因。
此次多项研究成果发表于《Nature Biomedical Engineering》。众多研究团队参与其中，致力于解决基因编辑面临的难题。研究取得了一系列重要成果，极大地推动了基因编辑技术在遗传疾病治疗领域的发展。
在研究方法上，主要运用了以下关键技术：一是结构引导的蛋白质工程技术，借助 Alphafold2 预测蛋白质结构，以此识别具有更高编辑效率、更宽编辑窗口和更低脱靶效应的胞苷脱氨酶；二是噬菌体辅助连续进化技术，用于改造 Bxb1 重组酶，提升大 DNA 有效载荷的定点整合效率；三是筛选可电离阳离子脂质和优化合成脂质浓度，制备优化的脂质纳米颗粒，用于递送核糖核蛋白，提高体内编辑效率。
研究结果如下：
- 减少大片段缺失：Sangsu Bae 等人研究了不同细胞类型中，Cas9 诱导的双链断裂以及 Cas9 切口酶产生的单链断裂处大片段缺失的发生率。研究发现，碱基编辑器和引导编辑器产生大片段缺失的频率比 Cas9 核酸酶低约 20 倍，并且参与 DNA 修复途径的小分子抑制剂能够降低这些不良事件的发生频率。这一结果为提高基因编辑的安全性提供了重要依据。
- 优化胞苷脱氨酶：Erwei Zuo 等人通过结构引导的蛋白质工程技术，利用 Alphafold2 辅助，鉴定出具有更高编辑效率、更宽编辑窗口和更低脱靶效应的胞苷脱氨酶。这种脱氨酶减少了序列上下文的依赖性，结合合理诱变，有助于进一步降低脱靶编辑，辅助靶向基因调控，提高碱基编辑疗法的特异性。
- 改进大 DNA 序列递送：David Liu 团队的研究表明，噬菌体辅助连续进化可用于改造增强型 Bxb1 重组酶，显著提高哺乳动物细胞中大于 10kb 的大 DNA 有效载荷的定点整合效率。该方法相比同源定向修复，能更有效地增强靶向基因的插入、替换或校正。
- 优化脂质纳米颗粒递送：Krzysztof Palczewski、David Liu 等人通过筛选可电离阳离子脂质和优化合成脂质浓度，制备了优化的脂质纳米颗粒，用于递送核糖核蛋白进行碱基编辑和引导编辑。优化后的脂质纳米颗粒提高了体内编辑效率，增强了核糖核蛋白的稳定性和递送效率，同时提高了编辑效力并降低了体内脱靶效应，为开发更安全的基因疗法提供了支持。
- 治疗遗传性耳聋：Yilai Shu 等人使用腺相关病毒递送腺嘌呤碱基编辑器，靶向 Otof 基因中的常见突变，实现了对隐性遗传性深度耳聋小鼠听觉功能的长期恢复。这为遗传性耳聋的基因治疗提供了新的思路和方法。
- 校正囊性纤维化突变：Liu 等人利用系统的效率优化策略，包括工程化引导编辑向导 RNA、引导编辑器变体、战略性沉默编辑以及瞬时表达显性负性错配修复蛋白等，对患者原发性气道上皮细胞中导致囊性纤维化的主要突变 CFTRF508del进行了有效的功能校正，为囊性纤维化的治疗带来了新希望。
- 高通量基因功能筛选：Adriano Aguzzi 等人构建了阵列式 CRISPR 文库，可用于全基因组范围内激活、删除和沉默人类蛋白质编码基因，实现了对基因功能的系统扰动和疾病修饰因子的鉴定，如发现了细胞朊蛋白的未知调节因子。
- 设计去免疫原性 Cas9 变体：Prashant Mali 等人通过组合筛选，鉴定并设计了具有七个同时沉默免疫原性表位的 Cas9 变体，有助于在核酸酶持续存在必要或不可避免的治疗应用中提高安全性。
研究结论和讨论部分意义重大。这些研究成果从多个方面提升了基因编辑技术的性能。在编辑精度和效率上，碱基编辑和引导编辑技术的优化减少了大片段缺失，提高了编辑准确性；在递送系统方面，脂质纳米颗粒等新型递送方式的改进，增强了安全性和递送效率；在应用范围上，成功实现了对遗传性耳聋、囊性纤维化等多种疑难遗传疾病的治疗探索，还开发了强大的高通量筛选方法，有助于深入了解基因功能和发现新的治疗靶点。这一系列研究成果为基因编辑技术在临床治疗中的广泛应用奠定了坚实基础，有望在未来为更多遗传疾病患者带来治愈的希望，推动生命科学和健康医学领域迈向新的高度。
