圖說：楊輝研究員在實驗中 中科院腦科學與智能技術卓越創新中心供圖
新民晚報訊（記者 郜陽）單鹼基基因編輯的編輯效果更精準，在應用過程中也更安全嗎？今年3月，由上海科學家主導的研究適時為這項熱得發燙的技術「降溫」——通過新型脫靶檢測技術，研究人員發現，近年來興起的單鹼基編輯技術有可能導致大量無法預測的脫靶。
在此基礎上，團隊又有了新的收穫！記者從昨天的新聞發布會上獲悉，團隊進一步研究發現，脫靶效應會導致RNA突變，且會帶來較強的致癌風險。「事實上，上一次我們成果發表後，就有兩家準備開展地中海貧血臨床試驗的企業暫停了計劃。」中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員楊輝告訴記者，「適時『降溫』總比臨床出現不良反應要好。」
這一次，科研人員不僅發現問題，也帶來了解決方案：通過點突變的方式對三種單鹼基編輯工具進行突變優化，使其完全消除RNA脫靶的活性，首次獲得「升級版」的高精度單鹼基編輯工具，為其進入臨床治療提供了重要基礎。
中科院科技攝影聯盟 謝震霖 攝（下同）
高精度「狙擊」也會脫靶
近年來，基因編輯相關的研究與應用似乎坐上了「火箭」，在生物醫學領域飛速發展。基因編輯賦予了科學家改變生物體DNA的能力，允許他們在基因組中的特定位置敲除、加入或替換遺傳物質。「基因編輯技術若使用得當，是能造福人類的，利用這一技術，我們可以改良植物性狀，治療惡性疾病，甚至復活滅絕物種也並非天方夜譚。」楊輝表示。
目前，科研人員已經開發了幾種基因組編輯方法。CRISPR/Cas9就是其中的代表——Cas9酶在基因組DNA的引導下對目標基因進行敲除、添加等編輯操作。隨著研究的深入，科學家們發現CRISPR/Cas9存在脫靶風險。「導入CRISPR/Cas9後會導致其他基因的改變。由於該技術直接修改了生物基因組，因此具有遺傳效應，也帶來了潛在的巨大隱患。」
與CRISPR/Cas9相比，單鹼基編輯能更精細地修改DNA。這對於基因突變導致的遺傳疾病的治療具有重大意義。目前，90%的罕見病無藥可治，而單鹼基編輯技術能夠實現高精度「狙擊」，因此單鹼基編輯器的出現，給基因編輯領域帶來了巨大的驚喜，也成為治療地中海貧血、血友病、視網膜黃斑變性、遺傳性耳聾等罕見病的熱門工具之一。
今年3月，楊輝團隊利用名為GOTI的新型脫靶檢測技術，通過在新形成的僅兩個細胞的小鼠胚胎中，將單鹼基編輯器系統注入兩個細胞中的一個。比較這兩種細胞的後代，發現BE3編輯器存在非常嚴重的脫靶效應，達到對照組的20倍以上。「這些脫靶大多出現在傳統脫靶預測認為不太可能出現脫靶的位點，因此之前方法一直沒有發現其脫靶問題。」楊輝介紹，「這些脫靶位點有部分出現在原癌基因和抑癌基因上。因此BE3有著很大的隱患，目前不適合作為臨床技術。而ABE編輯器沒有明顯的脫靶效應。」
RNA突變帶來風險
此前的研究對於基因編輯工具的脫靶檢測都瞄準在DNA水平。楊輝團隊則思考，常見的單鹼基編輯系統是否會誘導RNA的脫靶突變。不出所料，他們首次證明常用的三種單鹼基編輯技術均存在大量的RNA脫靶，通過精巧的實驗設計證明了RNA脫靶主要是由於融合在Cas9上的脫氨酶導致。
此外，科學家們發現被寄予厚望的ABE7.10存在大量的RNA脫靶，並高頻率地發生在癌基因和抑癌基因上。「根據中心法則，DNA轉錄為RNA，RNA翻譯為蛋白質並執行生理功能。RNA的突變極有可能引起蛋白質的改變，進而影響細胞增殖。」楊輝表示。
通過對混合細胞和單細胞水平的RNA突變位點進行分析，科研團隊發現RNA突變位點和目的靶向序列沒有相關性，是由脫氨酶產生的隨機脫靶位點。因此，此前已經被應用到多種疾病模型上成功糾正遺傳突變的單鹼基編輯工具存在無法預測的RNA脫靶，有較大的致癌風險。
為了獲得更加精準的單鹼基編輯工具，楊輝研究組團隊對單鹼基編輯的胞嘧啶脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶分別進行了突變優化。「我們構建了一系列突變體，破壞了脫氨酶RNA結合活性。最終獲得既保留靶向活性又消除RNA脫靶的單鹼基編輯酶。」除此之外，楊輝團隊開發的ABE（F148A）突變體還能夠縮小編輯窗口，實現更加精準的DNA編輯。該技術在特異性和精確性上超越了ABE7.10，有望在未來成為一種更加安全、更加精準的基因編輯工具，應用於臨床治療中。國際同行對此也予以了肯定：「這項研究提供了減少的RNA脫靶的單鹼基編輯器，對基因編輯領域具有重要價值。」
「未來，我們期望構築以疾病治療為核心的基因編輯技術專利群，並以小鼠及猴為模型利用基因編輯研究罕見疾病的治療。」楊輝表示，「同時，我們也將推動基因編輯技術的臨床轉化，培養一批基因編輯和基因治療人才。」
今天23時，這一研究成果在線發表於《自然》（Nature）。
新民晚報記者 郜陽
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