編輯丨王多魚

排版丨水成文

堿基編輯技術(shù)可以在動(dòng)植物基因組中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的堿基替換和基因敲除。不同于 CRISPR-Cas9，堿基編輯不依賴于 DNA 雙鏈斷裂，因此可極大地避免由 DNA 雙鏈斷裂導(dǎo)致的細(xì)胞毒性。

然而，近年的研究發(fā)現(xiàn)，堿基編輯產(chǎn)物中還可伴隨產(chǎn)生一部分非目標(biāo)類型的堿基替換及indel（插入/缺失）副產(chǎn)物；此外，融合的脫氨酶組分也被發(fā)現(xiàn)可引起不依賴于 Cas 蛋白的脫靶效應(yīng)，在應(yīng)用上具有一定的隱患。因此，提升現(xiàn)有堿基編輯技術(shù)的精準(zhǔn)性和安全性，在技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用上具有重要價(jià)值。

2025 年 4 月 21 日，北京齊禾生科生物科技有限公司趙天萌團(tuán)隊(duì)在NatureBiotechnology期刊發(fā)表了題為：QBEmax is a sequence-permuted and internally-protected base editor 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種新型堿基編輯系統(tǒng)——QBEmax，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堿基編輯技術(shù)的全方位升級(jí)優(yōu)化：在保持高效編輯的同時(shí)，表現(xiàn)出更靈活的編輯窗口，顯著降低的 indel 和 DNA、RNA 脫靶，以及顯著提升的產(chǎn)物純度。

不同于常規(guī)堿基編輯系統(tǒng)中（如目前廣泛應(yīng)用的 BE4max 系統(tǒng)）將脫氨酶直接融合在 Cas 蛋白的末端，該研究創(chuàng)新性地在將 Cas 蛋白的功能域進(jìn)行整體性的結(jié)構(gòu)重排的同時(shí)，將脫氨酶內(nèi)嵌到重排蛋白的特定區(qū)域中，獲得一系列具有新的整體構(gòu)象的堿基編輯器，并從中篩選獲得一個(gè)具有突出編輯表現(xiàn)的堿基編輯器，命名為QBEmax。

AlphaFold3 預(yù)測(cè)的 BE4max 和 QBEmax 分別與 sgRNA 及 DNA 靶標(biāo)結(jié)合的結(jié)構(gòu)

編輯副產(chǎn)物（包括indel和不純堿基編輯）及脫靶效應(yīng)是應(yīng)用堿基編輯技術(shù)在疾病治療時(shí)關(guān)注的重要問題。在整體編輯效率與 BE4max 相當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)，QBEmax 引發(fā)的 indel 副產(chǎn)物顯著降低，平均降幅 56.6%；編輯產(chǎn)物純度則顯著提升，達(dá)到 99.4±0.4%。

該研究通過 R-loop 實(shí)驗(yàn)和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，分析了 QBEmax 的脫靶效應(yīng)。結(jié)果顯示，相較于 BE4max，QBEmax 的 DNA 和 RNA 脫靶均顯著降低，其中，DNA 脫靶降低 40%-83%，RNA 脫靶降低 29%，堿基編輯的精準(zhǔn)度顯著提升。

CAR-T細(xì)胞療法是一類極具潛力的靶向細(xì)胞療法。研究發(fā)現(xiàn)，通過基因編輯敲除多種與免疫排異和移植物抗宿主病（GvHD）相關(guān)的基因，有助于提升 CAR-T 細(xì)胞的體內(nèi)效力，有助于靶向癌癥藥物和自免細(xì)胞藥物的開發(fā)。在此類應(yīng)用場(chǎng)景下，產(chǎn)物純度至關(guān)重要，因非純編輯產(chǎn)物可能導(dǎo)致新的堿基突變產(chǎn)生，引發(fā)額外風(fēng)險(xiǎn)。QBEmax 精準(zhǔn)、干凈、安全的編輯特性有望為此類應(yīng)用場(chǎng)景提供有力的工具支持。為此，該研究選擇了被報(bào)道可能與免疫排異和 GvHD 相關(guān)的 5 個(gè)靶基因（CISH, Fas, PD-1, TGFBR2, TRAC, 其中TGFBR2敲除endodomain），進(jìn)行多重基因敲除。

結(jié)果顯示，QBEmax 在 5 個(gè)基因的平均編輯效率均與 BE4max 相當(dāng)或更高；與此同時(shí)，indel 顯著減低，產(chǎn)物純度則顯著提高。在永生化的 T 細(xì)胞系 Jurkat 細(xì)胞中的表現(xiàn)類似。進(jìn)一步地，在僅以 QBEmax 蛋白融合的熒光蛋白進(jìn)行單一熒光流式分選的情況下，即在 89.3% 的單克隆中檢測(cè)到 5 個(gè)基因同時(shí)被編輯，展現(xiàn)了 QBEmax 高效的多重基因編輯能力。

QBEmax 介導(dǎo)高效精準(zhǔn)多重基因敲除

為探究 QBEmax 優(yōu)越編輯特性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)基于 AlphaFold3 預(yù)測(cè)的 QBEmax 蛋白-sgRNA-target DNA 三元結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬和溶劑可及性分析。結(jié)果顯示，QBEmax 的環(huán)化重排和脫氨酶內(nèi)嵌設(shè)計(jì)使其相較于 BE4max 呈現(xiàn)出更為穩(wěn)定和緊湊的整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌的脫氨酶在空間上具有更小的自旋半徑，對(duì) R-loop 中暴露的單鏈 DNA 區(qū)域可能起到一定的保護(hù)作用，減少了 UNG 的可及性，從而提高了產(chǎn)物純度，降低了 indel 的發(fā)生和脫靶效應(yīng)。

BE4max 和 QBEmax 基因編輯結(jié)果

綜上所述，QBEmax 堿基編輯工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)堿基編輯技術(shù)的全方位優(yōu)化，在保持高效多重基因編輯能力的同時(shí)，產(chǎn)物純度顯著提高，indel 副產(chǎn)物和脫靶水平顯著降低，有望為包括 CAR-T 細(xì)胞療法在內(nèi)的精準(zhǔn)基因編輯應(yīng)用場(chǎng)景提供有力的技術(shù)平臺(tái)。

北京齊禾生科生物科技有限公司胡佳成博士為論文第一作者；北京齊禾生科首席技術(shù)官趙天萌(Kevin Zhao) 博士為論文通訊作者；齊禾生科郭夢(mèng)月、高強(qiáng)、賈鶴、賀名揚(yáng)、王志偉、郭麗娜、劉關(guān)穩(wěn)博士、高權(quán)對(duì)本研究有重要貢獻(xiàn)。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市科委、北京市農(nóng)委的項(xiàng)目資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41587-025-02641-9