Nature Biotechnology：周昌阳/孙怡迪/谢峻团队开发新型表观编辑器，单次给药即可高效、长效降血脂

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

基因编辑技术，如CRISPR/Cas9和新一代的碱基编辑技术，通过永久性地改变DNA序列来修正致病基因，是功能强大的治疗工具。这些前沿技术在修正基因时，或依赖于DNA断裂后的细胞修复，或直接对单个DNA碱基进行转换。尽管这些技术的精准性在不断迭代提升，但如何确保在复杂的人体环境中完全避免任何非预期的、永久性的序列改变，仍是该领域在迈向更广泛临床应用时需要持续关注和完善的重要方向。正是在这一背景下，一种旨在补充现有技术、为基因治疗提供更多选择的策略——表观遗传编辑，获得了越来越多的关注。它如同基因表达的“调控开关”，无需改动DNA序列，而是通过在特定的基因组位点添加或移除表观遗传化学修饰，来精准地调控目标基因的“开启”或“关闭”。这种只改变基因修饰而不改变基因序列的方式，为基因治疗的安全性提供了新的思路。

近期，锌指蛋白和dCas9的表观遗传编辑疗法已经展现出了巨大潜力，已有研究在小鼠和非人灵长类体内成功抑制了PCSK9的表达，从而有效降低了血液中的胆固醇水平。PCSK9是调控血液中“坏胆固醇” （LDL-C）的关键蛋白，抑制它已成为预防和治疗心血管疾病的重要策略。

然而，表观遗传编辑技术仍面临其核心挑战，如何维持调控效果的长期稳定？表观遗传修饰具有动态可逆的特性，人工建立的表观修饰在细胞不断分裂的过程中可能会被稀释或重置。现有研究对编辑工具的优化有限，且大多只关注DNA甲基化这一机制。因此，系统性的优化表观遗传编辑工具，并深入揭示其长效作用的分子机制，是推动该技术从实验室走向临床应用必须攻克的关键难题。

2025年10月1日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）周昌阳、孙怡迪团队和安徽医科大学第一附属医院谢峻团队在Nature Biotechnology期刊发表了题为：Design of optimized Epigenetic Regulators for durable gene Silencing with application to PCSK9 in Non-Human Primates 的研究论文。

该研究通过对表观编辑工具的元件与结构进行系统性优化，开发出效率显著提升的新型编辑器。在细胞、小鼠及食蟹猴模型中直接比较证明，基于TALE 蛋白的单组分表观编辑器（EpiReg-T，结构更简单，递送效率更高）在低剂量下的药效，显著优于基于CRISPR/dCas9的双组分系统。在非人灵长类动物模型中，EpiReg-T仅需单次静脉给药，即可实现对血液中PCSK9和“坏胆固醇”的持续、深度抑制，在文章发表时，该疗效已稳定维持超过一年且未见反弹。本研究同时揭示了这种长效抑制是DNA甲基化与组蛋白修饰协同作用的结果，深化了对表观遗传分子机制的理解。该研究为家族性高胆固醇血症等代谢疾病提供了一种极具潜力的“一次性给药”新策略，并展示了出色的安全性和有效性。

为打造一款性能最优的表观编辑器，研究团队在小鼠体内对不同元件和结构的版本进行了系统性筛选。他们通过脂质纳米颗粒（LNP）将编码编辑器的mRNA递送至肝脏，直接比较各种版本对PCSK9基因的抑制效率。研究发现，特定元件（如人源DNMT3L、ZIM3 KRAB结构域等）的引入能显著提升效率。基于此，团队最终筛选出两个优胜版本：基于dCas9的 EpiReg-C 和基于TALE的 EpiReg-T。在与先前报道的基于锌指蛋白的表观编辑器及碱基编辑器ABE8.8的“同台竞技”中，EpiReg-C和EpiReg-T均展现出显著的的效率优势。

随后，团队在多种模型中进一步对比了EpiReg-C和EpiReg-T。结果表明，虽然在饱和剂量下两者抑制效果相近，但EpiReg-T展现出更强的剂量敏感性，即在更低的剂量下就能达到强大的抑制效果。这一特性在非人灵长类动物也得到了验证。

EpiReg的筛选和对比

鉴于EpiReg-T的低剂量高效优势，团队将其用于后续的长期验证。为了验证这种基因沉默能否在细胞更新换代中稳定“遗传”，研究团队进行了小鼠2/3肝切实验。结果显示，即使在肝细胞快速再生后，PCSK9的抑制水平依然稳定如初。此外，这种表观抑制还具有“可逆性”这一关键安全特性。在实现PCSK9的深度抑制后，注射一种表观激活工具，即可让其表达水平恢复至初始状态。

在最关键的非人灵长类动物实验中，高剂量（2.25mg/kg）的EpiReg-T单次给药便实现了约90%的PCSK9抑制和约60%的“坏胆固醇”降低，且在长达343天的持续跟踪中，药效依然稳定。在较低剂量下进行重复给药测试，也未引起严重的肝损伤，肝功能指标的短暂波动在7天内即可恢复正常，安全性良好。

在分子机制层面，研究揭示了长效沉默的秘密，EpiReg-T在靶基因调控区域同时建立了两种抑制性“标记”——DNA甲基化和组蛋白H3K27e3修饰，而多种促进基因转录的激活型修饰（H3K4me3、H3K9ac和H3K27ac）显著下调。值得注意的是，对于通常认为由KRAB结构域引起的H3K9me3抑制性修饰，团队发现其仅在给药后第三天出现短暂升高，至第28天便与对照组无异。

在安全性方面，全基因组范围以及根据序列同源性预测的潜在脱靶位点测序分析证实， EpiReg-T即使在饱和剂量下也未引发显著的脱靶效应，展现了高度的靶向精确性。

总结而言，本研究通过系统优化，开发出高效、持久且特异的表观遗传编辑器EpiReg-T。它在非人灵长类动物中实现了“一次给药，长期有效”的降血脂效果，并阐明了其协同分子机制。这项研究验证了EpiReg-T在精准靶向、安全性及可逆性方面的优异特性，为表观基因疗法从基础研究走向临床应用铺平了道路。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心周昌阳、孙怡迪研究员和安徽医科大学第一附属医院谢峻教授，共同第一作者包括益杰立科（上海）生物科技有限公司的毛少帅、彭文博、冯争艳、陈阳、孙晶和安徽医科大学第一附属医院陈海婷，其中毛少帅和彭文博为中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心已出站博士后。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-025-02838-y