Nat Biotechnol | 张锐实验室开发基于内源ADAR招募的高效体内单碱基RNA编辑技术：MIRROR

RNA编辑技术正在重塑现代医学格局，成为治疗遗传性和复杂性疾病的全新方法。与传统的DNA编辑相比，RNA编辑不仅避免了对遗传信息的永久修改，其可逆性与可控性更是大幅提升了基因编辑的安全性。

在当前的多种RNA编辑策略中，ADAR（RNA腺苷脱氨酶）介导的单碱基编辑系统是目前临床推进最快的技术之一。目前该系统主要采用两种策略：一种是通过外源表达携带ADAR脱氨结构域的蛋白质及相应的引导RNA（gRNA）来实现目标RNA的编辑；另一种则利用单一gRNA组分招募内源性ADAR进行编辑。由于后者有效规避了外源酶过表达可能引发的全局脱靶效应和潜在致癌风险，递送系统成熟，其安全性和成药性均显著优于前者，因此被业界广泛看好为RNA编辑药物研发最具潜力的方向。

当前，基于内源性ADAR招募的RNA编辑的技术面临最大的技术瓶颈即编辑效率相对较低，尤其在靶向非典型UAN 三联体基序（triplet motif）时表现尤为明显。传统ADAR gRNA设计通常采用完全互补的特异性域，并在目标腺嘌呤（A）处制造A-C错配引导编辑。但研究显示，完全匹配的双链RNA并非ADAR的最佳底物。张锐实验室此前利用irCLASH技术绘制了内源性ADAR底物的特征（详见：），发现编辑位点周围的突变能改变RNA二级结构，从而显著影响编辑效率。因此，在gRNA的特异性域中引入多样化的结构成为提升编辑效率的一个合理策略，尤其对于仅依赖单一gRNA进行编辑的策略来说至关重要。然而，目前的随机突变优化方法不仅难以产生复杂的RNA结构，还需筛选海量序列（超出细胞的筛选能力），而体外筛选又难以真实模拟ADAR的结合环境，导致效率提升仅约1.5倍。

为突破这一瓶颈，2025年4月3日，中山大学张锐实验室在Nature Biotechnology杂志上发表了题为Improved RNA base editing with guide RNAs mimicking highly edited endogenous ADAR substrates的突破性研究，提出了一种全新的内源性ADAR招募gRNA设计理念——MIRROR (mimicking inverted repeats to recruit ADARs using engineered oligoribonucleotides)。该技术显著提高了基于内源ADAR的RNA编辑效率，仅通过简单化学修饰的短链 gRNA 可在小鼠体内实现超过80%的编辑效率，并在疾病细胞模型中高效修复α1-抗胰蛋白酶缺乏症治病突变，其编辑效率达90%以上。此突破不仅为RNA编辑技术的临床应用提供了有力支撑，也为相关疾病的精准治疗开辟了全新前景。

具体而言，研究团队首先基于GTEx数据集系统鉴定出超过16万个Alu编辑位点的倒置Alu对，从而构建了迄今为止规模最大的内源性ADAR双链RNA底物结构图谱。团队进一步提炼出其中高编辑水平Alu序列，这些经数百万年自然选择优化的双链RNA揭示了ADAR识别底物的关键结构特征。基于此，团队开发出模拟天然底物构象的gRNA设计算法，并结合高通量细胞内筛选系统，从数千种候选MIRROR gRNA中筛选出最为高效的版本。

为验证MIRROR技术对短链修饰化gRNA的优化效果，研究团队选取了筛选出的最优gRNA，在六种细胞系和小鼠模型中针对多个内源及疾病相关位点进行了测试。结果显示，MIRROR gRNA的编辑效率最高可达传统gRNA的5.7倍，尤其在以往编辑效率较低的非UAN基序中优势更为明显。在小鼠实验中，通过LNP递送的41nt MIRROR gRNA实现了81%的编辑效率，而31nt版本仅略降至73%，充分证明了该技术在体内应用的巨大潜力。此外，MIRROR技术同样适用于长链生物表达gRNA，实验数据显示，采用MIRROR设计的gRNA在靶向非UAN基序（如AAG和CAU）时，编辑效率分别提升了1.7倍和2.8倍，相较于传统线性设计具有显著优势。

在遗传病修复领域，MIRROR技术展现出广阔的应用前景。研究团队利用短链修饰化的MIRROR gRNA，成功修复了α1-抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）基因SERPINA1的E342K致病突变。在肝原代细胞疾病模型中，团队测试了不同长度MIRROR gRNA的表现，其编辑效率均远超传统设计，最高达到90%以上。

综上所述，MIRROR技术凭借其结构化的gRNA设计和卓越的编辑能力，成功突破了传统RNA编辑效率的瓶颈，为RNA碱基编辑技术，特别是基于小核苷酸成药方式的短链修饰化gRNA的发展，提供了革命性方案。

据悉，该论文由中山大学张锐实验室研究生孙远帆、曹勇与专职科研人员宋玉龙（现为广州医科大学教授）担任并列第一作者，中山大学张锐教授和时夕生物杨文兵博士为通讯作者。

张锐实验室近年来聚焦RNA编辑工具的开发和临床转化，致力于突破现有技术局限，构建从单碱基精准编辑到复杂读码框调控的完整RNA编辑体系。MIRROR系统是其实验室继2025年开发SCISSOR技术（首个实现RNA灵活裁剪及移码突变修复的RNA编辑工具，详见：）后推出的第二个RNA编辑系统。

https://www.nature.com/articles/s41587-025-02628-6

制版人： 十一

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