NAR丨“局部聚焦”重塑編輯活性：新腺嘌呤堿基編輯系統提升基因修復精準性

人類致病遺傳 突變 中， 58 % 為點突變 ，其中 G-C>A-T 點突變占比 47% , 可以通過腺嘌呤堿基編輯器（ABE） 實現修復【1】。然而， ABE 的 編輯效率 往往 表現出 細胞和基因組位點的異質性 ， 尤其是 表觀遺傳修飾 （如： DNA 甲基化和抑制性染色質修飾） 會影響 DNA 可及性，從而影響 ABE 的編輯活性【2-3】。通過 蛋白工程提高脫氨酶活性 或提升 ABE 的表達水平可以提升 編輯效率，但往往伴隨脫靶效應增加【4】。因此，如何在不增加脫靶風險的前提下提升 ABE 在靶編輯 效率，成為該領域亟需解決的關鍵問題。

2026 年 2 月 26 日，上海交通大學醫學院張明亮課題組在 Nucleic Acids Research 在線發表題目為

Spatially concentrated adenine base editors efficiently correct PLP1mutations in oligodendrocytes

研究人員嘗試利用 SunTag 系統對 ABE 進行結構重構。 SunTag 是一種基于多價蛋白相互作用的信號放大結構，其核心由串聯重復的 GCN4 肽序列與特異識別該序列的 scFv 抗體片段構成。通過 在靶向 DNA 的 Cas9 上融合多拷貝 GCN4 ，并將效應蛋白（如脫氨酶 TadA * ）與 scFv 融合，可以在單一靶位點招募多個效應分子，從而在空間上實現蛋白質的局部富集。研究人員將這一策略 引入 ABE 系統，通過將 nSpCas9 與 GCN4 融合構建定位模塊，并將 TadA * 與 scFv 融合構建催化模塊，從而在目標 DNA 位點實現多拷貝脫氨酶 “ 聚焦 ” 。

研究人員 首先 評估了不同 GCN4 拷貝數及融合方式對編輯效率的影響，發現當 Cas9 與脫氨酶的比例約為 1:10 時， cABE-1.0 在多個內源性基因位點上均表現出顯著增強的編輯效率。考慮到體內遞送的需求，研究團隊進一步 采用 eNme2-C Cas9 替代傳統 SpCas9 ，開發了基于小型 Cas9 變體的 cABE-2.0 ， 顯著縮小了編輯器整體尺寸，使其更適用于 腺相關 病毒（ AAV ）載體遞送 ，且 在多個基因組位點上的編輯效率進一步提高。通過對 ClinVar 數據庫中致病性突變位點的系統分析， cABE-2.0 理論上可覆蓋超過 70% 的人類致病性腺嘌呤突變，顯示出更廣泛的潛在應用價值。

堿基編輯效率不僅取決于序列特征，還受到染色質環境的顯著影響。例如，異染色質狀態及 DNA 高甲基化修飾可降低 DNA 可及性，從而限制 Cas9 結合及脫氨反應的發生，使部分基因組位點成為 “難編輯” 區域。因此，本研究首先評估了 cABE 在不同表觀遺傳背景下的編輯能力。結果顯示， cABE 系統在異染色質及高甲基化修飾位點中均表現出顯著優于傳統 ABE 的編輯效率，表明通過 “ 局部 聚焦 - 空間重分布 ” 的策略，可以有效克服抑制性染色質環境帶來的空間限制。

RNA 層面的非特異性脫靶編輯 是 堿基編輯系統 的重要安全隱患 。本研究進一步探究了 cABE 對 轉錄組脫靶 的影響。結果發現， cABE 系統可顯著降低 RNA 層面的脫靶編輯水平。機制上 ， 通過將 TadA * 由彌散狀態重新 招募 至 Cas9 結合的靶位點，減少其游離 濃度 ，從而降低其與轉錄本的隨機接觸概率。因此， cABE 不僅通過局部濃縮提升 了在靶編輯 效率，同時通過空間約束降低了非靶區域的脫氨活性，實現了效率與特異性的協同優化。

為進一步理解上述效應的物理基礎，研究人員對 cABE 在細胞核內的空間行為進行了分析。 研究發現， cABE 在細胞核內可 形成類液 - 液相分離的點狀凝聚結構，這些結構具有動態可逆性，在維持反應活性的同時提供空間限制，從而將原本受擴散限制的反應轉變為由局部富集驅動且空間受控的高效反應過程【5】。

髓鞘細胞近年被報道是大腦中最容易累積 G>A 點突變的細胞類型 ，其編碼髓鞘蛋白的 PLP1 基因點突變引起最嚴重的 佩梅病 （ Pelizaeus–Merzbacher disease, PMD ） 表型， 影響中樞神經系統少突膠質細胞的發育與髓鞘形成 ，患者預后不良，尚無有效治療手段。 研究人員 在體外實驗中發現，傳統 ABE 在髓鞘細胞中的編輯效率比神經元更低，可能是由于 表觀遺傳 修飾和細胞類型的限制。 因此， 在 OPC 中實現高效、特異的修復意義重大【6】。研究顯示， cABE 能夠在 體外少突膠質前體細胞（ OPCs ） 佩梅病 突變模型及其分化體系中 實現高效且穩定的堿基編輯，并在體外髓鞘化模型中表現出良好的功能相關性。進一步，通過 AAV 介 導的體內遞送， cABE 系統在小鼠腦內實現了 OL 特異性的 有效基因編輯， 且 在行為學水平驗證了編輯效果， 從 體外到體內 證明 了 cABE 治療 佩梅病 突變 的可行性。

綜上，該研究從“空間重分布”這一維度重新定義了堿基編輯效率的調控方式，相較于傳統依賴蛋白工程提升單個酶活性的策略，cABE通過“局部聚焦”實現了對編輯反應動力學的系統性優化。更重要的是，該研究在少突膠質細胞及體內模型中驗證了這一策略在神經系統中的可行性，為髓鞘相關遺傳疾病的精準修復提供了可行路徑，也為基因編輯工具從體外優化走向體內應用提供了新的設計范式。

本研究的共同第一作者為上海交通大學醫學院博士生張弛和葉可，通訊 作者 為張明亮研究員。該研究得到中科院分子細胞科學卓越創新中心孟飛龍研究員，中科院 藥物所 楊輝研究員，上海科技大學陳佳教授的支持和幫助。

課題組聚焦髓鞘發育和腦功能重建的機制研究和技術研發。利用干細胞生物學、化學生物學等手段，闡明髓鞘形成 / 再生 的調控機制和 對 腦功能 修復的作用，開發促進髓鞘生成和神經功能重建的化學小分子藥物，研發針對神經系統基因治 療的方法。現招聘具有神經生物學、干細胞生物背景的助理研究員、技術員和博士后，同時歡迎對上述研究感興趣的同學報考研究生。

https://academic.oup.com/nar/article/54/5/gkag156/8496865

制版人： 十一

參考文獻

1. Anzalone, A.V., Koblan, L.W. and Liu, D.R. (2020) Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors.Nat Biotechnol,38 , 824-844.

2. Wang, X., Li, J., Wang, Y., Yang, B., Wei, J., Wu, J., Wang, R., Huang, X., Chen, J. and Yang, L. (2018) Efficient base editing in methylated regions with a human APOBEC3A-Cas9 fusion.Nat Biotechnol,36 , 946-949.

3. A rbab,M . , Shen,M.W., Mok,B., Wilson,C., Matuszek,Z., Cassa,C.A. and Liu,D.R. (2020) Determinants of base editing outcomes from target library analysis and machine learning.Cell,182, 463–480.

4. Zhou, C., Sun, Y., Yan, R., Liu, Y., Zuo, E., Gu, C., Han, L., Wei, Y., Hu, X., Zeng, R. et al. (2019) Off-target RNA mutation induced by DNA base editing and its elimination by mutagenesis.Nature, 571, 275-278.

5. Fu, Y., Yang, X., Li, S., Ma, C., An, Y., Cheng, T., Liang, Y., Sun, S., Cheng, T., Zhao, Y. et al. (2025) Dynamic properties of transcriptional condensates modulate CRISPRa-mediated gene activation.Nat Commun,16 , 1640.

6. Ganz, J., Luquette, L.J., Bizzotto, S., Miller, M.B., Zhou, Z., Bohrson, C.L., Jin, H., Tran, A.V., Viswanadham, V.V., McDonough, G. et al. (2024) Contrasting somatic mutation patterns in aging human neurons and oligodendrocytes.Cell,187 , 1955-1970.e1923.

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