卷曲螺旋异源二聚体介导的分裂碱基编辑系统实现灵活且稳健的核苷酸替换

以更少副作用修复 DNA

许多疾病由 DNA 中的微小“打字错误”引起——单个字母的错误可能带来危及生命的后果。科学家们拥有一种强大的工具，称为碱基编辑器，能够在不切割 DNA 的情况下纠正这些错误，但这些工具体积庞大，难以安全地递送到体内。本文介绍了一种将碱基编辑器拆分为更小、更智能片段的新方法，这些片段在功能上能与原始编辑器相当甚至更优，从而为治疗肝脏、肌肉等处的遗传疾病开辟了新途径。

为什么体积是基因修复工具的难题

碱基编辑器将 CRISPR 系统的部分组件与能够将一种 DNA 字母替换为另一种的酶相结合，例如把 A 变为 G 或把 C 变为 T。这些精确替换在治疗高胆固醇或肌营养不良等疾病方面很有希望。然而，腺相关病毒（AAV）作为主流的基因递送载体，仅能携带约 4.7 千个碱基的 DNA，而标准碱基编辑器通常比这更大。早期工作尝试用称为内肽（intein）的“蛋白剪刀”将这些编辑器切分，或用微型酶缩小它们，但这些方法常常降低效率、增加设计复杂性，或限制编辑工具在基因组中的适用位点。

用分子魔术贴重组编辑器

为了解决这个问题，研究人员设计了一种由微小蛋白拉链——卷曲螺旋异源二聚体（coiled‑coil heterodimers）——连接起来的“分裂”碱基编辑器，类似于分子层面的魔术贴。他们将碱基编辑器分为两部分：一部分携带用于靶向 DNA 的 Cas9 nickase，另一部分携带执行编辑的酶。每半部分上带有短的卷曲螺旋肽，当两半在同一段 DNA 上汇合时，它们会相互识别并紧密结合。这就构成了卷曲螺旋碱基编辑器（CC‑BE），包括编辑 C 的 CC‑CBE、编辑 A 的 CC‑ABE 以及能够进行更复杂字母替换的变体。

灵活、强大且精确的编辑

研究团队在多种细胞类型中测试了 CC‑BE，包括人类细胞和猪的原代细胞，并结合可识别更广泛 DNA 序列的不同 Cas9 形式。CC‑CBE 版本不仅在许多位点上表现稳定，还显示出更宽的“编辑窗口”，意味着它们可以在更长的 DNA 区段内改变目标字母，从而为选择向导 RNA 提供更大灵活性。CC‑ABE 版本的效率接近现有最佳腺嘌呤编辑器，同时通常产生更少的非目标副产物。研究人员还将卷曲螺旋策略应用于更新的编辑器设计——例如紧凑型 TadCBE 与更精确的 ABE9——结果同样表明，采用卷曲螺旋对分裂这些工具可以保持或提升性能。

从培养皿到活体小鼠

最关键的是，作者展示了这些分裂编辑器在活体动物中使用双 AAV 递送时也能发挥作用，每个病毒颗粒携带编辑器的一半。在小鼠中，针对肝脏 Pcsk9 基因的 CC‑ABE 实现了高达约 70% 的 A‑到‑G 编辑效率，显著降低了 Pcsk9 蛋白和血液 LDL 胆固醇，且未见肝脏损伤迹象。

通向实用 DNA 修复的新路径

从本质上讲，这项研究展示了一个简单但强有力的工程技巧：用小型卷曲螺旋“钩子”将大型碱基编辑器拆分成适合 AAV 包装的模块，并且它们只在需要的部位重新结合。对非专业读者的要点是，科学家们现在可以在不牺牲准确性或效能的情况下，将功能强大的 DNA 修复工具封装进临床验证的病毒载体中。这种卷曲螺旋方法有望简化针对肝脏、心脏和肌肉等器官中各种单字母遗传病的治疗设计，使精确的基因校正更接近现实世界的临床应用。

引用: Mu, S., Li, Q., Chen, M. et al. Coiled-coil heterodimer-mediated split base editing systems enable flexible and robust nucleotide substitutions. Nat Commun 17, 1765 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68469-2

关键词: 碱基编辑, 基因治疗, CRISPR, AAV 载体, 遗传病