Cell Stem Cell：清华大学李寅青/张学工团队揭示CRISPR基因编辑存在新风险——表观遗传风险

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

CRISPR-Cas9基因编辑技术为遗传疾病的治疗带来革命性突破， FDA 已批准了基于 CRISPR-Cas9 的基因编辑疗法 Casgevy 用于治疗镰状细胞病（SCD）和β-地中海贫血（TDT）。之前对于其安全性的研究，通常聚焦于脱靶效应引发的基因组序列改变，往往忽视了其对细胞表观基因组及其功能的影响。

2026 年 2 月 24日，清华大学李寅青团队、张学工团队合作（朱明、袁俊松、孟秋辰、余嘉伟、徐晓庆为论文共同第一作者），在Cell Stem Cell期刊发表了题为：Minimizing far-extending chromatin perturbation in genome editing preserves stem cell identity 的研究论文。

该研究系统性揭示了CRISPR-Cas9基因编辑的潜在表观遗传风险——即便是在远离基因调控元件的非编码区进行编辑，也会引发大范围的染色质扰动，尤其可能导致成体干细胞、神经干细胞等干性细胞丢失自身干性特性，发生提前分化。研究团队进一步针对性提出了安全优化策略，为基因编辑技术的安全应用提供参考。

在这项最新研究中，研究团队发现，即使 CRISPR-Cas9介导的 DNA 切割发生在距离最近的调控元件数万碱基远的位置，也会导致体内的神经干细胞和体外小鼠胚胎干细胞的过早分化。

为了探究这一点，研究团队采用了一种整合的转座酶可及染色质（ATAC）/RNA 测序（AR-seq）方法，并确定了由 CRISPR-Cas9 编辑诱导的染色质可及性变化，其规模因细胞类型而异。具有干细胞特性的细胞受影响最大，其扰动范围可延伸至数十万碱基对。此外，即使局部的 DNA 突变也能破坏 CTCF 和凝聚体相关的染色质结构，导致远端转录重塑，最终丧失干细胞特性。

为将染色质扰动降至最低并保持细胞特性，研究团队改进了 CRISPR 基因编辑策略——

1、距离感知型 sgRNA 设计：在设计 sgRNA 时，潜在脱靶位点应避开与关键调控元件（例如超级增强子）在三维空间内邻近的位点。

2、小分子抑制剂：使用抑制剂（例如 MRN 抑制剂）适度抑制 ssDNA 切除过程，可在维持一定编辑效率的前提下，显著缩小染色质扰动范围，有效维持干细胞特性。

3、替代编辑系统：相比于 Cas9、Cas12a、先导编辑器，碱基编辑器在相同位点基本不诱导染色质扰动，表现出更高的表观遗传安全性。

该研究的核心发现：

• 远端非编码区基因组编辑会损害干细胞特性；

• CRISPR 编辑以细胞类型特异性的方式改变染色质可及性；

• CRISPR 编辑会破坏 CTCF 和凝聚体相关的远端调控，改变三维基因组；

• sgRNA 设计、切除抑制和碱基编辑可减少染色质破坏。

总的来说，这项工作为基因组编辑技术更安全、更广泛的应用铺平了道路。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(26)00038-X