基因编辑迭代 | 从CRISPR-Cas9到碱基编辑

如今，蛋白质工程对基因工程的驱动作用愈加明显。

第一代的CRISPR基因编辑系统使用的是核酸酶Cas9，这种酶能在特定位点切断DNA。CRISPR-Cas9被广泛采用，但新的CRISPR体系也在不断出现，它们用新的酶比如XCas9、SpCas9-NG取代了天然核酸酶。它们拓展了可被编辑的基因区域，有些还拥有比第一代酶更高的特异性，能够将降低甚至避免脱靶效应。

去年，研究人员报道了CRISPR基因组编辑技术的一些缺陷，正是这些阻碍了其临床应用。比如p53基因的活化，带来了癌症风险；“打靶效应”过度，引发大规模基因删除；CRISPR系统的免疫原性引发免疫攻击。基因组编辑要想走上临床，必须要先解决这些问题。有些问题是由DNA双链断裂引起的，但并不是所有基因编辑酶都会造成双链断裂，例如近两年新发展起来的基因编辑工具——碱基编辑器，它整合了碱基脱氨酶的活性和CRISPR的靶向性，催化特定位点的碱基发生脱氨基效应，将DNA上的碱基直接转换为另一个。与传统的基因编辑相比，碱基编辑更简洁、更高效。去年，瑞士研究人员用碱基编辑纠正了小鼠体内导致苯丙酮尿症的一种基因突变，避免了毒性蛋白的产生。

尽管有优点，但碱基编辑的缺点也很突出，比如它所编辑的序列受限于前间隔序列邻近基序（protospacer adjacent motif，PAM）。而蛋白质工程能够重新设计、改善现有的碱基编辑元件，甚至可能创造出新的编辑工具，例如将重组酶和失活的Cas9聚合起来。重组酶并不会诱导双链断裂，但能在使用者指定的区域插入想要的序列。RNA引导的重组酶必定会将基因编辑拓展到新的维度。

基因编辑技术要成为临床常规应用的手段还要等几年，但新一代编辑工具却可能在未来的一两年就能出现。新的问题仍会出现，但新的解决方案也一样。

Nature 2019;565:521-523