Nature：武漢大學張楹/殷昊團隊開發大片段基因寫入新工具——QuadPE

編輯丨王多魚

排版丨水成文

大多數遺傳疾病源于特定的序列突變，需要精準修正才能進行治療干預。盡管堿基編輯器（Base Editor）和先導編輯器（Prime Editor）在修正致病突變方面展現出前景，但其臨床應用受到個體突變罕見性和多樣性的限制。

靶向基因插入可提供一種通用策略來修正給定基因內的所有致病突變，從而提供一種廣泛適用的解決方案。依賴于雙鏈斷裂（DSB）誘導修復途徑的常規策略，例如非同源末端連接（NHEJ）和同源定向修復（HDR），同樣存在若干局限性。基于 NHEJ 的方法通常編輯效率在 1%-5%之間，并且容易出現不可預測的插入、缺失或重排。盡管 HDR 可利用供體 DNA 模板實現更精確的基因整合，但它主要局限于分裂細胞，在非分裂或緩慢分裂的細胞（包括許多臨床相關細胞類型）中效率低下。

因此，大片段 DNA 的高效和精準整合，仍是充分挖掘基因組編輯的治療潛力所面臨的一個重大挑戰。

2026 年 4 月 22 日，武漢大學醫學研究院張楹教授團隊聯合殷昊教授團隊（史亞晶、丁梓怡、吳瑩為論文共同第一作者）在Nature期刊發表了題為：Quadruple pegRNA enables programmableand efficient large genomic insertion 的研究論文。

該研究開發了一種高效的定點基因寫入技術——QuadPE，能夠以可編程方式高效地將千堿基級 DNA（1.6 kb - 26 kb）插入基因組中。該技術區別于整合酶介導的基因插入，QuadPE 無需額外蛋白參與，通過一步法完成整合，顯著提升了插入片段的長度、效率及精準度，為基因治療提供突破性的新工具。

精確、位點特異性的大片段基因序列插入，對于多種遺傳疾病的治療具有巨大前景。盡管使用 pegRNA 的先導編輯能夠介導靶向整合，但對于超過 300 bp 的有效載荷，其插入效率會急劇下降。

先導編輯能夠在基因組定點高效生成 3' flap 這一關鍵中間結構，該團隊此前發現，成對使用先到編輯系統可產生一對序列互補的 3' flap，其空間構型直接決定編輯結局：在PAM-out 構型中，互補的 3' flap 促進兩個切口之間基因組序列的重復，而在 PAM-in 構型中，則可實現目標序列的精準插入，同時刪除兩切口之間的原有基因組片段。

在這項最新研究中，研究團隊提出了一種理性設計的四重 pegRNA 策略——QuadPE，用于高效且可編程地插入大片段 DNA。通過篩選不同的設計，研究團隊發現，一對基因組靶向的 pegRNA 以 PAM-out 或 PAM-in 方向組合，產生兩條 3' flap（flapA/B）作為引物；另一對線性或環狀形式的供體靶向的 pegRNA 生成互補的 3' flap（flapC/D），從而引導供體 DNA 片段定點整合至目標位點。

QuadPE 系統

利用QuadPE技術，研究團隊實現了1.6 kb 至 26 kb的大片段 DNA 的穩定整合效率，在多個位點的整合效率可高達40%，且脫靶插入活性極低。

QuadPE在性能上大幅超越了重組酶介導的基因插入系統（PASSIGE 和 PASTE）和轉座酶介導的插入系統（CAST），尤其是在整合較大片段 DNA 的情況下，對于 9.5 kb 的超大 DNA 片段的插入，相比 PASSIGE、PASTE 和 CAST，QuadPE 的效率分別提高了 11 倍、61 倍和 12 倍。

值得注意的是，QuadPE 在分裂細胞和非分裂細胞（例如人類原代 T 細胞、有絲分裂后神經元）中均有效，這確立了 QuadPE 作為一種無需雙鏈斷裂或重組酶即可實現大片段基因插入的強大且精準的平臺。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10395-w