综述：CRISPR技术应用视野超越基因组编辑的拓展

本综述系统阐述了CRISPR（成簇规律间隔短回文重复序列）技术从基因组编辑工具向多领域应用的跨越式发展。通过CRISPR相关（Cas）酶的旁切活性实现快速核酸诊断，结合合成生物学模块开发非核酸靶标传感器，利用失活Cas蛋白实现基因调控和活细胞成像，其与人工智能（AI）、空间组学的融合将重塑生命科学研究范式。

　　

Highlights

CRISPR诊断技术的革新
基于Cas12、Cas13和Cas14酶的旁切活性（collateral cleavage），CRISPR系统已发展出可现场部署的核酸检测平台。这类技术通过非特异性切割报告分子实现信号放大，例如在SHERLOCK（Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing）系统中，Cas13对RNA靶标的识别可触发荧光报告基团的释放，检测限达阿摩尔级。

跨界生物传感新纪元
工程化CRISPR生物传感器通过整合适配体（aptamer）和核糖开关（riboswitch），将检测范围扩展至重金属离子（如Hg²⁺）、代谢物（如ATP）和蛋白质标志物。其中ALL-SMART（Aptamer-Linked Ligand-Sensing Mechanism for Advanced RNA-based Testing）系统通过构象变化激活Cas酶活性，实现前列腺特异性抗原（PSA）的皮摩尔级检测。

精准基因调控工具箱
催化失活的dCas9（dead Cas9）与转录抑制域（如KRAB）或激活域（如VP64）融合，可构建CRISPR干扰（CRISPRi）和激活（CRISPRa）系统。最新开发的Cas12f微型蛋白（仅422个氨基酸）能穿透血脑屏障，为神经系统疾病治疗提供新可能。

分子成像革命
基于CRISPR的活细胞成像技术实现多重观测：dCas9-EGFP可标记特定基因组位点，而PEAC-seq（Precision Editing and Imaging of Chromatin States by Sequencing）能动态追踪染色质构象变化。Cas13系统与Broccoli RNA适体联用，首次实现单病毒RNA的实时示踪。

蛋白质互作图谱绘制
CRISPR引导的邻近标记技术（如APEX2）通过空间受限的生物素化反应，解析转录因子与染色质的瞬时相互作用。升级版TurboID-Cas9系统将标记效率提升40倍，成功绘制阿尔茨海默病相关tau蛋白的相互作用网络。

单细胞解析新维度
CRISPR筛选与单细胞RNA测序（scRNA-seq）结合开发的CRISP-seq技术，在乳腺癌异质性研究中发现化疗耐药关键靶点CDK₄/₆。最近发布的CellTag-multi系统允许同时追踪256种细胞谱系，为发育生物学研究提供利器。

Abstract

CRISPR技术正以前所未有的速度重塑生命科学研究格局。从最初基因组编辑的"分子剪刀"发展为多功能平台：其诊断应用使埃博拉病毒检测时间缩短至30分钟；生物传感器可监测土壤中Pb²⁺污染；基于dCas9的光控系统实现糖尿病相关GLUT4基因的时空特异性调控。未来与微流控芯片的集成有望实现"芯片实验室"（lab-on-a-chip）诊断系统，而机器学习算法将加速向导RNA（gRNA）设计效率。尽管存在脱靶效应和递送效率等挑战，CRISPR技术跨领域融合展现的巨大潜力，正在打开精准医学和合成生物学的新纪元。