综述：光激活/调控CRISPR系统：从体外诊断到体内基因操纵

本综述系统阐述了光控CRISPR技术如何通过光笼基团（photocage groups）实现核酸与蛋白的精准调控，突破传统CRISPR在体外诊断中与等温扩增技术（如SHERLOCK、DETECTR）存在的靶标竞争、底物争夺（Mg2+/dNTPs）等瓶颈，并在体内基因编辑（如Cas9、Cas12、Cas13）中实现高时空精度的非侵入性操控，为癌症治疗及疾病模型构建提供新策略。

　　

光调控CRISPR系统的技术基础

光调控CRISPR技术的核心在于通过光笼基团对生物分子关键位点进行暂时性修饰。理想状态下，被修饰的分子在"笼化"期间保持失活，仅在特定波长光照下发生解笼（decaging）后方恢复活性。目前广泛应用于CRISPR系统光调控的光敏基团主要包括邻硝基苄基（o-nitrobenzyl）、香豆素（coumarin）及呫吨（xanthene）等衍生物，它们具有光解效率高、生物相容性好等特性。调控策略涵盖两类：一是对核酸元件（如gRNA或扩增模板）进行光控修饰，二是直接对Cas蛋白活性中心进行光敏化改造。

在体外诊断中的应用

光激活CRISPR技术有效解决了等温扩增（如RPA、LAMP）与CRISPR系统在"一锅法"检测中的固有矛盾。传统方法中，Cas蛋白-gRNA复合物与DNA聚合酶竞争同一核酸靶标，导致扩增效率下降（因模板降解或空间位阻）及反应组分（如Mg²⁺、dNTPs）的争夺。通过光控策略，可先进行等温扩增阶段（CRISPR系统处于惰性状态），待扩增完成后通过光照激活Cas蛋白（如Cas12a、Cas13a）的反式切割活性（trans-cleavage），实现对低丰度靶标（如病原体核酸、癌症标志物）的高灵敏度检测，显著提升信噪比与特异性。

在体内基因操作中的应用

光调控为CRISPR体内应用提供了前所未有的时空精度。在基因编辑领域，通过光控Cas9蛋白的核定位信号（NLS）或催化活性中心，可实现特定组织（如肿瘤部位）或发育特定时期的基因组定点切割，减少脱靶效应。在转录调控方面，光敏化dCas9与效应因子（如激活因子VP64、抑制因子KRAB）的融合蛋白可通过光照精确控制基因表达水平，用于构建疾病模型或研究信号通路动态。此外，在癌症治疗中，光激活CRISPR系统可与光动力疗法（PDT）或光热治疗（PTT）联用，通过局部光照触发肿瘤相关基因的编辑或调控，增强治疗特异性并降低系统性毒性。

未来展望

尽管光控CRISPR技术已取得显著进展，仍面临多重挑战：其一，需优化光敏基团的解笼效率与生物安全性；其二，需突破技术兼容性瓶颈（如不同波长光源的穿透深度限制）；其三，需开发多路复用调控系统以实现并行基因操作。未来，通过跨学科合作（如材料科学、光学工程），光控CRISPR技术有望在精准医疗、合成生物学及基础研究中发挥更大价值。