Cell Stem Cell：清華大學(xué)李寅青/張學(xué)工團隊揭示CRISPR基因編輯存在新風(fēng)險——表觀遺傳風(fēng)險

編輯丨王多魚

排版丨水成文

CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)為遺傳疾病的治療帶來革命性突破， FDA 已批準了基于 CRISPR-Cas9 的基因編輯療法 Casgevy 用于治療鐮狀細胞病（SCD）和β-地中海貧血（TDT）。之前對于其安全性的研究，通常聚焦于脫靶效應(yīng)引發(fā)的基因組序列改變，往往忽視了其對細胞表觀基因組及其功能的影響。

2026 年 2 月 24日，清華大學(xué)李寅青團隊、張學(xué)工團隊合作（朱明、袁俊松、孟秋辰、余嘉偉、徐曉慶為論文共同第一作者），在Cell Stem Cell期刊發(fā)表了題為：Minimizing far-extending chromatin perturbation in genome editing preserves stem cell identity 的研究論文。

該研究系統(tǒng)性揭示了CRISPR-Cas9基因編輯的潛在表觀遺傳風(fēng)險——即便是在遠離基因調(diào)控元件的非編碼區(qū)進行編輯，也會引發(fā)大范圍的染色質(zhì)擾動，尤其可能導(dǎo)致成體干細胞、神經(jīng)干細胞等干性細胞丟失自身干性特性，發(fā)生提前分化。研究團隊進一步針對性提出了安全優(yōu)化策略，為基因編輯技術(shù)的安全應(yīng)用提供參考。

在這項最新研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，即使 CRISPR-Cas9介導(dǎo)的 DNA 切割發(fā)生在距離最近的調(diào)控元件數(shù)萬堿基遠的位置，也會導(dǎo)致體內(nèi)的神經(jīng)干細胞和體外小鼠胚胎干細胞的過早分化。

為了探究這一點，研究團隊采用了一種整合的轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)（ATAC）/RNA 測序（AR-seq）方法，并確定了由 CRISPR-Cas9 編輯誘導(dǎo)的染色質(zhì)可及性變化，其規(guī)模因細胞類型而異。具有干細胞特性的細胞受影響最大，其擾動范圍可延伸至數(shù)十萬堿基對。此外，即使局部的 DNA 突變也能破壞 CTCF 和凝聚體相關(guān)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致遠端轉(zhuǎn)錄重塑，最終喪失干細胞特性。

為將染色質(zhì)擾動降至最低并保持細胞特性，研究團隊改進了 CRISPR 基因編輯策略——

1、距離感知型 sgRNA 設(shè)計：在設(shè)計 sgRNA 時，潛在脫靶位點應(yīng)避開與關(guān)鍵調(diào)控元件（例如超級增強子）在三維空間內(nèi)鄰近的位點。

2、小分子抑制劑：使用抑制劑（例如 MRN 抑制劑）適度抑制 ssDNA 切除過程，可在維持一定編輯效率的前提下，顯著縮小染色質(zhì)擾動范圍，有效維持干細胞特性。

3、替代編輯系統(tǒng)：相比于 Cas9、Cas12a、先導(dǎo)編輯器，堿基編輯器在相同位點基本不誘導(dǎo)染色質(zhì)擾動，表現(xiàn)出更高的表觀遺傳安全性。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 遠端非編碼區(qū)基因組編輯會損害干細胞特性；

• CRISPR 編輯以細胞類型特異性的方式改變?nèi)旧|(zhì)可及性；

• CRISPR 編輯會破壞 CTCF 和凝聚體相關(guān)的遠端調(diào)控，改變?nèi)S基因組；

• sgRNA 設(shè)計、切除抑制和堿基編輯可減少染色質(zhì)破壞。

總的來說，這項工作為基因組編輯技術(shù)更安全、更廣泛的應(yīng)用鋪平了道路。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(26)00038-X