2025年9月，MIT研究團(tuán)隊(duì)在Nature期刊發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于先導(dǎo)編輯（Prime Editing）技術(shù)的重要研究，通過改造Cas9蛋白，顯著降低了基因編輯過程中的錯(cuò)誤率，開發(fā)了名為vPE的新一代先導(dǎo)編輯器。科學(xué)家們通過蛋白質(zhì)工程改造Cas9，成功開發(fā)出下一代先導(dǎo)編輯器 next-generation prime editor (vPE)，將編輯錯(cuò)誤率降低至原來的1/60，讓精準(zhǔn)基因編輯邁向新紀(jì)元。

先導(dǎo)編輯技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

先導(dǎo)編輯技術(shù)由劉如謙團(tuán)隊(duì)于2019年開發(fā)，被稱為“第三代基因編輯技術(shù)”。它能夠在不斷裂DNA雙鏈的情況下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的基因編輯，包括堿基替換、小片段插入和刪除。

該系統(tǒng)由兩部分組成：一是nCas9（H840A）與逆轉(zhuǎn)錄酶（RT）的融合蛋白（即先導(dǎo)編輯器），二是含有引物結(jié)合位點(diǎn)（PBS）和逆轉(zhuǎn)錄模板（RTT）的pegRNA。

與傳統(tǒng)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)相比，先導(dǎo)編輯具有編輯范圍更廣、脫靶效應(yīng)更低的優(yōu)點(diǎn)。理論上，先導(dǎo)編輯器能夠編輯修復(fù)75000種已知致病性人類遺傳突變的89%。

然而先導(dǎo)編輯技術(shù)也存在一些局限性，主要包括編輯效率偏低、大片段操縱能力不足等。此外，最重要的挑戰(zhàn)之一是編輯過程中會(huì)產(chǎn)生插入/缺失（indel）錯(cuò)誤。

創(chuàng)新策略：從“扶正”到“破舊”

在先導(dǎo)編輯過程中，編輯后的3′新鏈需要與競(jìng)爭(zhēng)的5′舊鏈爭(zhēng)奪在基因組中的整合機(jī)會(huì)。由于舊鏈與互補(bǔ)鏈完美配對(duì)，而新鏈存在錯(cuò)配，導(dǎo)致舊鏈往往更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

這種結(jié)構(gòu)性偏愛限制了編輯效率，也是indel錯(cuò)誤產(chǎn)生的主要原因。當(dāng)新鏈整合受阻時(shí)，DNA切口附近會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的修復(fù)系統(tǒng)可能會(huì)隨機(jī)插入或刪除堿基，導(dǎo)致indel錯(cuò)誤。MIT團(tuán)隊(duì)通過改造Cas9蛋白，使其對(duì)5′舊鏈末端的“鉗制”變得松弛。這樣一來，舊鏈末端更容易暴露并被細(xì)胞內(nèi)的酶降解，從而讓新鏈能夠順利整合。

vPE的卓越性能

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)Cas9蛋白DNA結(jié)合區(qū)域的氨基酸進(jìn)行突變，篩選出了能夠促進(jìn)5′舊鏈末端降解的突變體。隨后，他們構(gòu)建了第一代新型編輯器pPE（precise prime editor）。

pPE表現(xiàn)出色，將“編輯:錯(cuò)誤”的比率提升了28倍。但研究人員并未滿足于此，他們進(jìn)一步開發(fā)了第二代編輯器xPE（extra-precise prime editor），不僅提高了精準(zhǔn)度，還恢復(fù)了編輯效率。

最終，團(tuán)隊(duì)將這種錯(cuò)誤抑制策略與最新的提高效率的架構(gòu)相結(jié)合，開發(fā)出了下一代先導(dǎo)編輯器vPE。與之前的先導(dǎo)編輯器相比，vPE具有相當(dāng)?shù)木庉嬓?，indel錯(cuò)誤率降低了至原來的1/60，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)543:1的編輯與錯(cuò)誤比例。

先導(dǎo)編輯技術(shù)因其高精度和多功能性，在生物醫(yī)學(xué)研究、農(nóng)業(yè)育種等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

在醫(yī)療領(lǐng)域，先導(dǎo)編輯技術(shù)展示了治療遺傳疾病的巨大潛力。2025年5月，美國(guó)生物技術(shù)公司Prime Medicine宣布其先導(dǎo)編輯療法PM359在治療慢性肉芽腫?。–GD）的1/2期臨床試驗(yàn)中取得積極結(jié)果。

一名青少年患者接受治療后，中性粒細(xì)胞恢復(fù)了66%的NADPH氧化酶活性，遠(yuǎn)高于被認(rèn)為可能治愈的水平，且沒有出現(xiàn)嚴(yán)重副作用。這是先導(dǎo)編輯技術(shù)首次用于治療人類患者。

除了遺傳病治療，先導(dǎo)編輯技術(shù)在腫瘤免疫治療領(lǐng)域也展現(xiàn)出應(yīng)用價(jià)值?；贑RISPR（包括先導(dǎo)編輯等）技術(shù)的T細(xì)胞免疫療法正在快速發(fā)展。

隨著vPE的推出，基因編輯領(lǐng)域迎來了一個(gè)新的時(shí)代。編輯與錯(cuò)誤比例高達(dá)543：1意味著研究人員現(xiàn)在能夠以前所未有的準(zhǔn)確性修改基因組。

這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步不僅為基礎(chǔ)科學(xué)研究提供了更強(qiáng)大的工具，也為基因治療提供了更安全、更可靠的選擇。未來，我們可能會(huì)看到更多基于先導(dǎo)編輯技術(shù)的治療方法進(jìn)入臨床，為無數(shù)遺傳病患者帶來新的希望。

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