撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

由于遺傳密碼系統的簡并性（不止一個密碼子對應同一個氨基酸），并非所有的單堿基突變都會導致氨基酸序列的改變。這類突變被稱為同義突變，在進化理論中傳統上被視為中性的。

2022 年，密歇根大學張建之教授團隊在Nature期刊發表論文，指出釀酒酵母的同義突變可能大多是非中性的，同義突變和非同義突同樣會破壞細胞適應性【1】。但這些發現仍存爭議，重新激起了研究人員對于同義突變的生物學效應的興趣和討論。此外，一些早期研究顯示，病毒和原核生物中的同義突變可能會影響它們的適應性。

然而，在非真核生物和酵母中得出的這些發現是否適用于哺乳動物，尤其是人類，目前仍不清楚。

2025 年 6 月 24 日，北京大學魏文勝教授、劉瑩副研究員作為共同通訊作者，在Nature Biotechnology期刊發表了題為：Prime editor-based high-throughput screening reveals functional synonymous mutations in human cells 的研究論文 【2】 。

該研究開發了一種名為PRESENT的高通量篩選技術，利用先導編輯來研究人類基因組中的功能性同義突變。

同義突變通常被認為是中性的，然而它們在人類基因組中的作用在很大程度上仍未被探索。

之前的研究已將少量的同義突變與人類疾病聯系起來，并通過生物信息學分析將其確定為癌癥的潛在驅動因素。盡管出現了預測有害同義突變的工具，但經實驗確認的人類病例仍十分稀少，這凸顯了在人類細胞中開展大規模同義突變研究時，需要一種標準化的實驗方法。

先導編輯器（Prime Editor，PE）是劉如謙教授于 2019 年開發的新一代基因編輯系統【3】，2021 年，他進一步開發了增強版先導編輯器——PEmax【4】，為基因組研究提供了強有力的工具。

在這項最新研究中，魏文勝團隊利用 PEmax 系統構建了一個由 297900 個 epegRNA 組成的文庫以靶向 3644 個人類蛋白質編碼基因，并進行了大規模篩選，以識別可能影響人類細胞適應性的同義突變。研究團隊將這一高通量篩選技術命名為PRESENT，為了在高通量水平上系統地評估從篩選中發現的同義突變對基因表達的影響，研究團隊將單細胞篩選方法與 PRESENT 技術集成，命名為DIRECTED-seq。

PRESENT

DIRECTED-seq

與張建之團隊此前在酵母中的發現不同，這項新研究在群體層面的分析表明，同義突變在適應度效應方面與非同義突變存在差異，但相對于陰性對照而言，其表型分布卻相似。經過嚴格的質量控制，只有很小一部分顯示出可檢測的效果。

針對這些功能性同義突變，魏文勝團隊開發了一種專門的機器學習模型——DS Finder，并借助多方面的實驗證據揭示了它們對諸如 mRNA 剪接和轉錄等各種生物過程的影響。他們發現，同義突變能夠改變 RNA 的折疊方式并影響翻譯，PLK1_S2就是這樣的一個例子。通過將篩查數據與模型相結合，能夠預測出具有臨床危害的同義突變。

DS Finder

總的來說，這項研究加深了我們對同義突變的理解，為臨床疾病研究提供了新見解。

論文鏈接：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04823-w

2. https://www.nature.com/articles/s41587-025-02710-z

3. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

4. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01065-5