撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

三核苷酸重復（TNR）疾病是由基因組中擴增的三核苷酸重復序列引起的神經系統疾病，這些重復序列會以長度依賴的方式變得不穩定。CAG 重復序列存在于約三分之一的致病性 TNR 位點中，包括導致亨廷頓病（HD）的

HTT

FXN

對于亨廷頓病患者而言，通常 HTT 基因中 CAG 重復擴增超過 40 次，這種重復擴增導致蛋白質中出現異常的多聚谷氨酰胺鏈，從而導致蛋白質異常折疊，干擾細胞功能。CAG 重復次數越多，發病越早，病情進展越快，而 CAG 重復中即使只出現一個 CAA 將重復中斷，就能將發病年齡延遲十多年。

2025 年 5 月 26 日，劉如謙教授團隊在 Nature 子刊Nature Genetics上發表了題為：Base editing of trinucleotide repeats that cause Huntington’s disease and Friedreich’s ataxia reduces somatic repeat expansions in patient cells and in mice 的研究論文。

該研究利用堿基編輯技術對三核苷酸重復（TNR） 進行單堿基編輯，以中斷其重復，在減少亨廷頓病（CAG 重復）和弗里德賴希共濟失調（GAA 重復）中的體細胞重復序列擴增方面展現出希望，為治療這兩種疾病提供了潛在新策略。

三核苷酸重復（TNR）序列是常見的基因組元件，其穩定性會因長度增加而降低。三核苷酸重復序列的致病性擴增與 40 多種嚴重疾病相關，這些疾病主要為神經系統疾病。三核苷酸重復序列可能定位于基因啟動子、編碼序列、非翻譯區和內含子，并且在不同的三核苷酸重復序列疾病中，重復基序可能有所不同。其中最常見的致病性三聯體堿基對是 CAG?CTG，它至少出現在 15 個已知的致病性 TNR 位點中。

外顯子中的 CAG 重復序列通常編碼多聚谷氨酰胺（poly-Q），因此，這些疾病也叫做 poly-Q 病，包括亨廷頓病（HD）、脊髓小腦共濟失調（SCA）、齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮癥（DRPLA）以及脊髓延髓肌萎縮癥（SBMA）等。人類最常見的遺傳性共濟失調是弗里德賴希共濟失調（FRDA），其病因是內含子中 GAA 重復序列擴增。目前尚無獲批的療法能夠阻止 TNR 疾病的進展。

TNR 疾病的發病年齡、病情嚴重程度以及疾病進展速度，主要由出生時相應重復序列的長度決定，重復序列越長，預后越差。

在某些體細胞中，超過特定基因座閾值的重復序列長度是不穩定的，會隨著重復序列長度的增加而出現擴增、縮短，并變得越來越不穩定。這些基因組位點的不穩定性源于轉錄和細胞復制過程中高級 DNA 結構 和 R 環結構的形成，這些結構會干擾正常的細胞功能。這些異常結構會受到容易出錯的 DNA 修復機制的影響，這可能導致重復序列的擴增或縮短，總體上更傾向于較長重復序列的擴增。

對亨廷頓病患者腦組織進行的單細胞分析表明，受影響的神經元在出現明顯表型之前，其 CAG 重復序列會經歷數十年的擴增，直到超過某個閾值才會導致神經元迅速退化，這表明，在達到該閾值之前采取治療干預措施阻止體細胞中重復序列擴增，或許能夠預防或延緩疾病的發生或進展。

此外，對亨廷頓患者進行的研究顯示，CAG 重復中斷，可是患者發病年齡推遲十多年，因此，在致病性 TNR 序列中引入中斷，可能會提高其基因組穩定性，從而改善疾病病理。

堿基編輯（base editing）是劉如謙教授發明的一種精準的基因組編輯技術，能夠直接在活細胞的 DNA 中引入有針對性的單個堿基的改變。其中，胞嘧啶堿基編輯器（CBE）可介導 C?G > T?A 的替換，腺嘌呤堿基編輯器（ABE）可介導 A?T > G?C 的替換，理論上，這兩種編輯器能夠引入單堿基替換，從而中斷三核苷酸重復序列（TNR）等位基因中的重復序列，類似于在普通人群或具有長重復序列但癥狀輕微或未受影響的個體中發現的中斷情況。

在這項最新研究中，研究團隊利用堿基編輯技術在亨廷頓病（HD）和弗里德賴希共濟失調（FRDA）相關的重復序列中引入中斷，并評估其對患者細胞以及這兩種疾病小鼠模型中這些重復序列擴增的影響。

研究團隊利用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）和腺嘌呤堿基編輯器（ABE）來降低患者來源的細胞以及小鼠模型體內的三核苷酸重復序列（TNR）的重復性。結果顯示，堿基編輯器在 CAG 和 GAA 重復序列中引入了 G?C>A?T 和 A?T>G?C 的中斷，模擬了在人類中自然存在的穩定且無害的等位基因。

使用胞嘧啶堿基編輯器（CBE）中斷 CAG 重復

使用腺嘌呤堿基編輯器（ABE）中斷 GAA 重復

接下來，研究團隊 AAV9 遞送優化的堿基編輯器，對亨廷頓病 Q111 小鼠和 YG8s 遺傳性共濟失調小鼠進行治療，成功在轉導組織中實現了高效的堿基編輯，并顯著減少了中樞神經系統中的三核苷酸重復序列擴增。

這些研究結果表明，利用堿基編輯技術，在體內對致病性 TNR 引入中斷，能夠減輕 TNR 疾病的關鍵神經學特征。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02172-8