Nature Genetics：刘如谦团队利用碱基编辑治疗亨廷顿病和弗里德赖希共济失调

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

三核苷酸重复（TNR）疾病是由基因组中扩增的三核苷酸重复序列引起的神经系统疾病，这些重复序列会以长度依赖的方式变得不稳定。CAG 重复序列存在于约三分之一的致病性 TNR 位点中，包括导致亨廷顿病（HD）的

HTT

FXN

对于亨廷顿病患者而言，通常 HTT 基因中 CAG 重复扩增超过 40 次，这种重复扩增导致蛋白质中出现异常的多聚谷氨酰胺链，从而导致蛋白质异常折叠，干扰细胞功能。CAG 重复次数越多，发病越早，病情进展越快，而 CAG 重复中即使只出现一个 CAA 将重复中断，就能将发病年龄延迟十多年。

2025 年 5 月 26 日，刘如谦教授团队在 Nature 子刊Nature Genetics上发表了题为：Base editing of trinucleotide repeats that cause Huntington’s disease and Friedreich’s ataxia reduces somatic repeat expansions in patient cells and in mice 的研究论文。

该研究利用碱基编辑技术对三核苷酸重复（TNR） 进行单碱基编辑，以中断其重复，在减少亨廷顿病（CAG 重复）和弗里德赖希共济失调（GAA 重复）中的体细胞重复序列扩增方面展现出希望，为治疗这两种疾病提供了潜在新策略。

三核苷酸重复（TNR）序列是常见的基因组元件，其稳定性会因长度增加而降低。三核苷酸重复序列的致病性扩增与 40 多种严重疾病相关，这些疾病主要为神经系统疾病。三核苷酸重复序列可能定位于基因启动子、编码序列、非翻译区和内含子，并且在不同的三核苷酸重复序列疾病中，重复基序可能有所不同。其中最常见的致病性三联体碱基对是 CAG•CTG，它至少出现在 15 个已知的致病性 TNR 位点中。

外显子中的 CAG 重复序列通常编码多聚谷氨酰胺（poly-Q），因此，这些疾病也叫做 poly-Q 病，包括亨廷顿病（HD）、脊髓小脑共济失调（SCA）、齿状核红核苍白球路易体萎缩症（DRPLA）以及脊髓延髓肌萎缩症（SBMA）等。人类最常见的遗传性共济失调是弗里德赖希共济失调（FRDA），其病因是内含子中 GAA 重复序列扩增。目前尚无获批的疗法能够阻止 TNR 疾病的进展。

TNR 疾病的发病年龄、病情严重程度以及疾病进展速度，主要由出生时相应重复序列的长度决定，重复序列越长，预后越差。

在某些体细胞中，超过特定基因座阈值的重复序列长度是不稳定的，会随着重复序列长度的增加而出现扩增、缩短，并变得越来越不稳定。这些基因组位点的不稳定性源于转录和细胞复制过程中高级 DNA 结构 和 R 环结构的形成，这些结构会干扰正常的细胞功能。这些异常结构会受到容易出错的 DNA 修复机制的影响，这可能导致重复序列的扩增或缩短，总体上更倾向于较长重复序列的扩增。

对亨廷顿病患者脑组织进行的单细胞分析表明，受影响的神经元在出现明显表型之前，其 CAG 重复序列会经历数十年的扩增，直到超过某个阈值才会导致神经元迅速退化，这表明，在达到该阈值之前采取治疗干预措施阻止体细胞中重复序列扩增，或许能够预防或延缓疾病的发生或进展。

此外，对亨廷顿患者进行的研究显示，CAG 重复中断，可是患者发病年龄推迟十多年，因此，在致病性 TNR 序列中引入中断，可能会提高其基因组稳定性，从而改善疾病病理。

碱基编辑（base editing）是刘如谦教授发明的一种精准的基因组编辑技术，能够直接在活细胞的 DNA 中引入有针对性的单个碱基的改变。其中，胞嘧啶碱基编辑器（CBE）可介导 C•G > T•A 的替换，腺嘌呤碱基编辑器（ABE）可介导 A•T > G•C 的替换，理论上，这两种编辑器能够引入单碱基替换，从而中断三核苷酸重复序列（TNR）等位基因中的重复序列，类似于在普通人群或具有长重复序列但症状轻微或未受影响的个体中发现的中断情况。

在这项最新研究中，研究团队利用碱基编辑技术在亨廷顿病（HD）和弗里德赖希共济失调（FRDA）相关的重复序列中引入中断，并评估其对患者细胞以及这两种疾病小鼠模型中这些重复序列扩增的影响。

研究团队利用胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE）来降低患者来源的细胞以及小鼠模型体内的三核苷酸重复序列（TNR）的重复性。结果显示，碱基编辑器在 CAG 和 GAA 重复序列中引入了 G•C>A•T 和 A•T>G•C 的中断，模拟了在人类中自然存在的稳定且无害的等位基因。

使用胞嘧啶碱基编辑器（CBE）中断 CAG 重复

使用腺嘌呤碱基编辑器（ABE）中断 GAA 重复

接下来，研究团队 AAV9 递送优化的碱基编辑器，对亨廷顿病 Q111 小鼠和 YG8s 遗传性共济失调小鼠进行治疗，成功在转导组织中实现了高效的碱基编辑，并显著减少了中枢神经系统中的三核苷酸重复序列扩增。

这些研究结果表明，利用碱基编辑技术，在体内对致病性 TNR 引入中断，能够减轻 TNR 疾病的关键神经学特征。

论文链接：

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