不仅是DNA,基因编辑脱靶还会造成RNA

图说：杨辉研究员在实验中中科院脑科学与智能技术卓越创新中心供图

新民晚报讯（记者郜阳）单碱基基因编辑的编辑效果更精准，在应用过程中也更安全吗？今年3月，由上海科学家主导的研究适时为这项热得发烫的技术“降温”——通过新型脱靶检测技术，研究人员发现，近年来兴起的单碱基编辑技术有可能导致大量无法预测的脱靶。

在此基础上，团队又有了新的收获！记者从昨天的新闻发布会上获悉，团队进一步研究发现，脱靶效应会导致RNA突变，且会带来较强的致癌风险。“事实上，上一次我们成果发表后，就有两家准备开展地中海贫血临床试验的企业暂停了计划。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员杨辉告诉记者，“适时‘降温’总比临床出现不良反应要好。”

这一次，科研人员不仅发现问题，也带来了解决方案：通过点突变的方式对三种单碱基编辑工具进行突变优化，使其完全消除RNA脱靶的活性，首次获得“升级版”的高精度单碱基编辑工具，为其进入临床治疗提供了重要基础。

中科院科技摄影联盟谢震霖摄（下同）

高精度“狙击”也会脱靶

近年来，基因编辑相关的研究与应用似乎坐上了“火箭”，在生物医学领域飞速发展。基因编辑赋予了科学家改变生物体DNA的能力，允许他们在基因组中的特定位置敲除、加入或替换遗传物质。“基因编辑技术若使用得当，是能造福人类的，利用这一技术，我们可以改良植物性状，治疗恶性疾病，甚至复活灭绝物种也并非天方夜谭。”杨辉表示。

目前，科研人员已经开发了几种基因组编辑方法。CRISPR/Cas9就是其中的代表——Cas9酶在基因组DNA的引导下对目标基因进行敲除、添加等编辑操作。随着研究的深入，科学家们发现CRISPR/Cas9存在脱靶风险。“导入CRISPR/Cas9后会导致其他基因的改变。由于该技术直接修改了生物基因组，因此具有遗传效应，也带来了潜在的巨大隐患。”

与CRISPR/Cas9相比，单碱基编辑能更精细地修改DNA。这对于基因突变导致的遗传疾病的治疗具有重大意义。目前，90%的罕见病无药可治，而单碱基编辑技术能够实现高精度“狙击”，因此单碱基编辑器的出现，给基因编辑领域带来了巨大的惊喜，也成为治疗地中海贫血、血友病、视网膜黄斑变性、遗传性耳聋等罕见病的热门工具之一。

今年3月，杨辉团队利用名为GOTI的新型脱靶检测技术，通过在新形成的仅两个细胞的小鼠胚胎中，将单碱基编辑器系统注入两个细胞中的一个。比较这两种细胞的后代，发现BE3编辑器存在非常严重的脱靶效应，达到对照组的20倍以上。“这些脱靶大多出现在传统脱靶预测认为不太可能出现脱靶的位点，因此之前方法一直没有发现其脱靶问题。”杨辉介绍，“这些脱靶位点有部分出现在原癌基因和抑癌基因上。因此BE3有着很大的隐患，目前不适合作为临床技术。而ABE编辑器没有明显的脱靶效应。”

RNA突变带来风险

此前的研究对于基因编辑工具的脱靶检测都瞄准在DNA水平。杨辉团队则思考，常见的单碱基编辑系统是否会诱导RNA的脱靶突变。不出所料，他们首次证明常用的三种单碱基编辑技术均存在大量的RNA脱靶，通过精巧的实验设计证明了RNA脱靶主要是由于融合在Cas9上的脱氨酶导致。

此外，科学家们发现被寄予厚望的ABE7.10存在大量的RNA脱靶，并高频率地发生在癌基因和抑癌基因上。“根据中心法则，DNA转录为RNA，RNA翻译为蛋白质并执行生理功能。RNA的突变极有可能引起蛋白质的改变，进而影响细胞增殖。”杨辉表示。

通过对混合细胞和单细胞水平的RNA突变位点进行分析，科研团队发现RNA突变位点和目的靶向序列没有相关性，是由脱氨酶产生的随机脱靶位点。因此，此前已经被应用到多种疾病模型上成功纠正遗传突变的单碱基编辑工具存在无法预测的RNA脱靶，有较大的致癌风险。

为了获得更加精准的单碱基编辑工具，杨辉研究组团队对单碱基编辑的胞嘧啶脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶分别进行了突变优化。“我们构建了一系列突变体，破坏了脱氨酶RNA结合活性。最终获得既保留靶向活性又消除RNA脱靶的单碱基编辑酶。”除此之外，杨辉团队开发的ABE（FA）突变体还能够缩小编辑窗口，实现更加精准的DNA编辑。该技术在特异性和精确性上超越了ABE7.10，有望在未来成为一种更加安全、更加精准的基因编辑工具，应用于临床治疗中。国际同行对此也予以了肯定：“这项研究提供了减少的RNA脱靶的单碱基编辑器，对基因编辑领域具有重要价值。”

“未来，我们期望构筑以疾病治疗为核心的基因编辑技术专利群，并以小鼠及猴为模型利用基因编辑研究罕见疾病的治疗。”杨辉表示，“同时，我们也将推动基因编辑技术的临床转化，培养一批基因编辑和基因治疗人才。”

今天23时，这一研究成果在线发表于《自然》（Nature）。

新民晚报记者郜阳

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