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研究人员针对囊性纤维化（CF）的 G542X 突变，利用腺嘌呤碱基编辑技术，恢复 CFTR 功能，有重要意义。
囊性纤维化治疗困境催生新探索
在生命科学的领域中，囊性纤维化（Cystic Fibrosis，CF）是一种严重威胁人类健康的常染色体隐性遗传病。全球约有 16.2 万人受其困扰，它由 CF 跨膜传导调节因子（CF Transmembrane Conductance Regulator，CFTR）基因突变引发，该基因编码的 CFTR 阴离子通道负责氯离子（Cl?）和碳酸氢根离子（HCO3?）的转运。一旦突变，通道功能受损，会严重影响人体多个器官系统的正常运作，极大地缩短患者寿命。
目前，针对 CF 的治疗手段主要是使用调节剂药物，包括校正剂和增强剂，它们能恢复部分 CFTR 蛋白变体的功能，但对携带某些突变的患者却无能为力。比如，c.1624G>T突变产生的 G542X，是 CF 的第二大常见致病突变，它会触发无义介导的 mRNA 降解（Nonsense-Mediated mRNA Decay，NMD），导致生成的蛋白严重截短，无法对现有调节剂药物产生响应。因此，开发新的治疗策略迫在眉睫，这不仅是无数 CF 患者重获健康生活的希望，也是生命科学和医学领域亟待攻克的难题。
在此背景下，来自爱尔兰科克大学学院、法国巴黎 Necker 儿童医院等多个研究机构的科研人员，开展了一项极具创新性的研究。他们将目光聚焦于腺嘌呤碱基编辑技术，试图通过精确的基因编辑，把 G542X 突变校正为非致病的 G542R，恢复 CFTR 的功能，为 CF 患者带来新的曙光。这项研究成果发表在《iScience》杂志上，为 CF 的治疗开辟了新的方向。
关键技术助力研究突破
为了实现研究目标，科研人员运用了多种关键技术。首先，他们利用患者来源的肠道类器官进行研究，这些肠道类器官来自三名 G542X 纯合子患者的直肠活检样本，为研究提供了高度真实的疾病模型。其次，研究人员采用了腺嘌呤碱基编辑技术，通过设计特定的单导向 RNA（Single-Guide RNA，sgRNA），引导腺嘌呤碱基编辑器（Adenine Base Editors，ABEs）对目标基因位点进行精准编辑。此外，他们借助碱基编辑器工程化病毒样颗粒（Base Editor Engineered Virus-Like Particles，BE-eVLPs），将 ABEs 和 sgRNA 高效递送至肠道类器官细胞中，实现基因编辑。最后，运用高通量测序（High-Throughput Sequencing，HTS）、短路电流（Short-Circuit Current，Isc）测量和福斯高林诱导肿胀（Forskolin-Induced Swelling，FIS）实验等多种检测方法，对基因编辑效果、CFTR 功能恢复情况进行全面评估。
研究结果带来惊喜突破
- 精准编辑：NG-ABE8e 的出色表现：科研人员选择了 NG-ABE8e 编辑器，它能识别目标序列附近的 NG 原间隔相邻基序（Protospacer Adjacent Motif，PAM）。研究人员精心设计了 sgRNA，将目标腺嘌呤置于合适位置，并对 sgRNA 支架序列进行 HEAT 修饰，以提高编辑效率。通过 BE-eVLPs 将 NG-ABE8e/sgRNA 核糖核蛋白（Ribonucleoprotein，RNP）复合物递送至CFTRG542X/G542X肠道类器官细胞中。结果显示，在未进行分选的细胞群体中，成功实现了平均 2% 的 G542X 到 G542R 的编辑效率。进一步检测发现，该编辑过程高度精准，在 20-nt 长的间隔结合区域内，未检测到明显的旁观者编辑，也未发现插入 / 缺失（Indels）形成，同时在预测的脱靶位点也未检测到脱靶编辑，这表明 NG-ABE8e 能够在不产生有害副产物的情况下，有效且精准地编辑目标基因。
- 功能恢复：CFTR 活性显著提升：以往研究表明，G542R 能够恢复 CFTR 蛋白的表达。在本研究中，科研人员通过Isc测量，评估肠道类器官中 CFTR 的功能。他们在稳定基线Isc后，依次使用上皮钠通道（Epithelial Sodium Channel，ENaC）阻滞剂 amiloride、cAMP 依赖电流激活剂 3 - 异丁基 - 1 - 甲基黄嘌呤和福斯高林（Forskolin，Fsk），以及 CFTR 特异性抑制剂 CFTRInh172。结果发现，转导 G542X-BE-eVLPs 的CFTRG542X/G542X肠道类器官细胞对 CFTRInh172 产生了显著响应，成功挽救了 CFTR 活性，2% 的编辑效率恢复了 6.4% 的野生型 CFTR 活性。此外，研究人员还在三维（3D）培养的肠道类器官中进行了 FIS 实验，结果显示，即使在较低的 BE-eVLP 感染复数（Multiplicity of Transduction，MOT）下，转导 G542X-BE-eVLPs 的类器官仍能表现出 FIS，且随着 MOT 的增加，FIS 响应的类器官比例和面积均显著增加，这进一步证实了 G542R 能够有效恢复 CFTR 功能。
- 联合治疗：探索新的治疗可能：科研人员还探究了新生成的 CFTR 变体 G542R 是否能从调节剂治疗中获益。他们在 BE-eVLP 编辑的CFTRG542X/G542X类器官中添加了 Elexacaftor（VX-445）、Tezacaftor（VX-661）和 Ivacaftor（VX-770）的联合药物（ETI），然而，在二维（2D）和 3D 培养的类器官中，均未检测到 CFTR 活性的显著增加。这一结果表明，在当前实验条件下，ETI 对 G542R 功能没有额外的促进作用，但也为后续研究留下了探索空间，未来可能需要在不同的 CF 模型和实验条件下进一步研究 ETI 与 G542R 的联合治疗效果。
研究意义重大，未来充满希望
这项研究具有重要的意义。在技术层面，研究人员成功利用腺嘌呤碱基编辑技术，在患者来源的肠道类器官中实现了对 G542X 突变的精准编辑，为基因编辑技术在 CF 治疗中的应用提供了有力的证据，也为其他单基因遗传病的治疗提供了借鉴。在疾病治疗方面，虽然目前的编辑效率仅为 2%，但已能显著恢复 CFTR 功能，这表明即使在相对较低的编辑水平下，也能实现对疾病相关蛋白功能的有效挽救，为未来的体内基因治疗提供了理论基础和实践依据。
然而，研究也存在一定的局限性。例如，目前使用的病毒样颗粒在体内递送效率和靶向性方面还有提升空间；虽然本研究未发现明显的脱靶效应，但长期安全性仍需进一步评估。未来的研究可以朝着开发更高效、更具靶向性的递送系统，以及优化碱基编辑工具，提高编辑效率和准确性的方向展开。同时，还需要在动物模型和临床试验中进一步验证该治疗策略的有效性和安全性。
总体而言，这项研究为囊性纤维化的治疗带来了新的希望，为基因治疗领域注入了新的活力。随着技术的不断进步和研究的深入，相信在不久的将来，基因编辑技术将为更多的遗传病患者带来治愈的可能。
