综述：细菌与噬菌体间CRISPR中心竞争的新旧策略

《Current Opinion in Structural Biology》：Old and new tactics of CRISPR-centric competition between bacteria and bacteriophages

本综述系统阐述了CRISPR-Cas系统与抗CRISPR（Acr）机制在细菌-噬菌体军备竞赛中的分子博弈。作者聚焦Acr蛋白通过空间位阻、酶解作用、复合物解离、靶向 promiscuous binding 及Cas蛋白模拟等新颖机制中和CRISPR免疫的最新突破，为基因编辑工具优化和抗病毒策略开发提供重要理论依据。

　　

Acr as stoichiometric inhibitors of Cas proteins

RNA引导的靶核酸干扰是CRISPR介导免疫的核心环节。阻止Cas蛋白与向导RNA（crRNA）或靶核酸的结合成为最直接的CRISPR抑制策略。Cas蛋白需先结合携带引导序列的CRISPR RNA（crRNA），并通过识别原间隔序列邻近基序（PAM）启动靶标探查（图1中 panel）。当Cas在靶标上识别PAM后，引导序列与靶序列进行配对，形成R-loop结构进而激活核酸切割功能。多数Acr蛋白通过化学计量学抑制方式阻断这一过程：AcrIIC1、AcrIIC2和AcrIIC3通过结合Cas9的HNH核酸酶结构域，阻止其构象变化与靶DNA切割；AcrIIA4/6/8则直接占据PAM结合位点，干扰Cas9-sgRNA复合物对靶标的识别。值得注意的是，AcrIIC4采用变构抑制机制，通过诱导Cas9构象变化间接阻碍靶标结合，而AcrIIC5更通过促进Cas9二聚化使其丧失功能活性。

RNA Acr for Cascade misassembly

最新研究发现RNA分子可通过干扰Cascade复合物组装来抑制CRISPR功能（图1底 panel）。移动遗传元件（MGEs）常携带缺乏cas基因的微型CRISPR阵列，其可能劫持宿主CRISPR-Cas机制以消灭竞争噬菌体。此外，MGEs还含有生物学功能未知的独立重复单元（SRU）。噬菌斑实验证实，SRU来源的RNA序列能有效抑制CRISPR功能，其机制为竞争性结合Cas蛋白关键结构域，导致功能型Cascade复合物组装失败。这种RNA介导的CRISPR抑制机制为理解非蛋白类Acr分子开辟了新视角。

CRISPR inhibition by Cas mimics

Acr分子可进化出模拟Cas蛋白折叠但携带功能缺陷突变的结构，进而竞争性抑制宿主Cas蛋白功能。例如Sulfolobales纺锤形病毒编码的AcrIA1具有Cas4样结构，而Cas4在该生物体的CRISPR间隔序列获取过程中起关键作用。AcrIA1作为Cas4拮抗剂，显著降低CRISPR适应效率。最新生物信息学与生化筛选表明，噬菌体通过获取并改造多种cas基因，成功塑造出新型Acr蛋白库。这些Cas模拟蛋白不仅揭示宿主-寄生体共进化过程中分子模拟策略的普适性，更为设计可控CRISPR基因编辑工具提供新思路。