NAR丨“局部聚焦”重塑编辑活性：新腺嘌呤碱基编辑系统提升基因修复精准性

人类致病遗传 突变 中， 58 % 为点突变 ，其中 G-C>A-T 点突变占比 47% , 可以通过腺嘌呤碱基编辑器（ABE） 实现修复【1】。然而， ABE 的 编辑效率 往往 表现出 细胞和基因组位点的异质性 ， 尤其是 表观遗传修饰 （如： DNA 甲基化和抑制性染色质修饰） 会影响 DNA 可及性，从而影响 ABE 的编辑活性【2-3】。通过 蛋白工程提高脱氨酶活性 或提升 ABE 的表达水平可以提升 编辑效率，但往往伴随脱靶效应增加【4】。因此，如何在不增加脱靶风险的前提下提升 ABE 在靶编辑 效率，成为该领域亟需解决的关键问题。

2026 年 2 月 26 日，上海交通大学医学院张明亮课题组在 Nucleic Acids Research 在线发表题目为

Spatially concentrated adenine base editors efficiently correct PLP1mutations in oligodendrocytes

研究人员尝试利用 SunTag 系统对 ABE 进行结构重构。 SunTag 是一种基于多价蛋白相互作用的信号放大结构，其核心由串联重复的 GCN4 肽序列与特异识别该序列的 scFv 抗体片段构成。通过 在靶向 DNA 的 Cas9 上融合多拷贝 GCN4 ，并将效应蛋白（如脱氨酶 TadA * ）与 scFv 融合，可以在单一靶位点招募多个效应分子，从而在空间上实现蛋白质的局部富集。研究人员将这一策略 引入 ABE 系统，通过将 nSpCas9 与 GCN4 融合构建定位模块，并将 TadA * 与 scFv 融合构建催化模块，从而在目标 DNA 位点实现多拷贝脱氨酶 “ 聚焦 ” 。

研究人员 首先 评估了不同 GCN4 拷贝数及融合方式对编辑效率的影响，发现当 Cas9 与脱氨酶的比例约为 1:10 时， cABE-1.0 在多个内源性基因位点上均表现出显著增强的编辑效率。考虑到体内递送的需求，研究团队进一步 采用 eNme2-C Cas9 替代传统 SpCas9 ，开发了基于小型 Cas9 变体的 cABE-2.0 ， 显著缩小了编辑器整体尺寸，使其更适用于 腺相关 病毒（ AAV ）载体递送 ，且 在多个基因组位点上的编辑效率进一步提高。通过对 ClinVar 数据库中致病性突变位点的系统分析， cABE-2.0 理论上可覆盖超过 70% 的人类致病性腺嘌呤突变，显示出更广泛的潜在应用价值。

碱基编辑效率不仅取决于序列特征，还受到染色质环境的显著影响。例如，异染色质状态及 DNA 高甲基化修饰可降低 DNA 可及性，从而限制 Cas9 结合及脱氨反应的发生，使部分基因组位点成为 “难编辑” 区域。因此，本研究首先评估了 cABE 在不同表观遗传背景下的编辑能力。结果显示， cABE 系统在异染色质及高甲基化修饰位点中均表现出显著优于传统 ABE 的编辑效率，表明通过 “ 局部 聚焦 - 空间重分布 ” 的策略，可以有效克服抑制性染色质环境带来的空间限制。

RNA 层面的非特异性脱靶编辑 是 碱基编辑系统 的重要安全隐患 。本研究进一步探究了 cABE 对 转录组脱靶 的影响。结果发现， cABE 系统可显著降低 RNA 层面的脱靶编辑水平。机制上 ， 通过将 TadA * 由弥散状态重新 招募 至 Cas9 结合的靶位点，减少其游离 浓度 ，从而降低其与转录本的随机接触概率。因此， cABE 不仅通过局部浓缩提升 了在靶编辑 效率，同时通过空间约束降低了非靶区域的脱氨活性，实现了效率与特异性的协同优化。

为进一步理解上述效应的物理基础，研究人员对 cABE 在细胞核内的空间行为进行了分析。 研究发现， cABE 在细胞核内可 形成类液 - 液相分离的点状凝聚结构，这些结构具有动态可逆性，在维持反应活性的同时提供空间限制，从而将原本受扩散限制的反应转变为由局部富集驱动且空间受控的高效反应过程【5】。

髓鞘细胞近年被报道是大脑中最容易累积 G>A 点突变的细胞类型 ，其编码髓鞘蛋白的 PLP1 基因点突变引起最严重的 佩梅病 （ Pelizaeus–Merzbacher disease, PMD ） 表型， 影响中枢神经系统少突胶质细胞的发育与髓鞘形成 ，患者预后不良，尚无有效治疗手段。 研究人员 在体外实验中发现，传统 ABE 在髓鞘细胞中的编辑效率比神经元更低，可能是由于 表观遗传 修饰和细胞类型的限制。 因此， 在 OPC 中实现高效、特异的修复意义重大【6】。研究显示， cABE 能够在 体外少突胶质前体细胞（ OPCs ） 佩梅病 突变模型及其分化体系中 实现高效且稳定的碱基编辑，并在体外髓鞘化模型中表现出良好的功能相关性。进一步，通过 AAV 介 导的体内递送， cABE 系统在小鼠脑内实现了 OL 特异性的 有效基因编辑， 且 在行为学水平验证了编辑效果， 从 体外到体内 证明 了 cABE 治疗 佩梅病 突变 的可行性。

综上，该研究从“空间重分布”这一维度重新定义了碱基编辑效率的调控方式，相较于传统依赖蛋白工程提升单个酶活性的策略，cABE通过“局部聚焦”实现了对编辑反应动力学的系统性优化。更重要的是，该研究在少突胶质细胞及体内模型中验证了这一策略在神经系统中的可行性，为髓鞘相关遗传疾病的精准修复提供了可行路径，也为基因编辑工具从体外优化走向体内应用提供了新的设计范式。

本研究的共同第一作者为上海交通大学医学院博士生张弛和叶可，通讯 作者 为张明亮研究员。该研究得到中科院分子细胞科学卓越创新中心孟飞龙研究员，中科院 药物所 杨辉研究员，上海科技大学陈佳教授的支持和帮助。

课题组聚焦髓鞘发育和脑功能重建的机制研究和技术研发。利用干细胞生物学、化学生物学等手段，阐明髓鞘形成 / 再生 的调控机制和 对 脑功能 修复的作用，开发促进髓鞘生成和神经功能重建的化学小分子药物，研发针对神经系统基因治 疗的方法。现招聘具有神经生物学、干细胞生物背景的助理研究员、技术员和博士后，同时欢迎对上述研究感兴趣的同学报考研究生。

https://academic.oup.com/nar/article/54/5/gkag156/8496865

制版人： 十一

参考文献

1. Anzalone, A.V., Koblan, L.W. and Liu, D.R. (2020) Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors.Nat Biotechnol,38 , 824-844.

2. Wang, X., Li, J., Wang, Y., Yang, B., Wei, J., Wu, J., Wang, R., Huang, X., Chen, J. and Yang, L. (2018) Efficient base editing in methylated regions with a human APOBEC3A-Cas9 fusion.Nat Biotechnol,36 , 946-949.

3. A rbab,M . , Shen,M.W., Mok,B., Wilson,C., Matuszek,Z., Cassa,C.A. and Liu,D.R. (2020) Determinants of base editing outcomes from target library analysis and machine learning.Cell,182, 463–480.

4. Zhou, C., Sun, Y., Yan, R., Liu, Y., Zuo, E., Gu, C., Han, L., Wei, Y., Hu, X., Zeng, R. et al. (2019) Off-target RNA mutation induced by DNA base editing and its elimination by mutagenesis.Nature, 571, 275-278.

5. Fu, Y., Yang, X., Li, S., Ma, C., An, Y., Cheng, T., Liang, Y., Sun, S., Cheng, T., Zhao, Y. et al. (2025) Dynamic properties of transcriptional condensates modulate CRISPRa-mediated gene activation.Nat Commun,16 , 1640.

6. Ganz, J., Luquette, L.J., Bizzotto, S., Miller, M.B., Zhou, Z., Bohrson, C.L., Jin, H., Tran, A.V., Viswanadham, V.V., McDonough, G. et al. (2024) Contrasting somatic mutation patterns in aging human neurons and oligodendrocytes.Cell,187 , 1955-1970.e1923.

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