Nat Biotechnol | 史俊炜团队等开发小分子可控碱基编辑工具实现体内癌症功能基因组学筛选

近年来，精准碱基编辑技术（base editing）为基因功能研究和疾病治疗带来了革命性进展【1,2】。然而，在复杂体内环境中开展高分辨率功能筛选仍面临重大挑战。传统碱基编辑器依赖完整DNA脱氨酶，往往伴随细胞毒性、转录组异常改变以及脱靶风险，严重限制其在体内功能基因组学研究中的应用【3】。

针对这一关键技术瓶颈， 2026年4月15日， 宾夕法尼亚大学医学院史俊炜团队，Rahul M. Kohli团队，和纪念斯隆凯特琳癌症中心的Andy J. Minn团队在Nature Biotechnology杂志中发表了题为Inducible, split base editors for in vivo cancer functional genomics的文章，系统介绍了一种小分子诱导的分体式工程化碱基编辑工具（split-engineered base editor,seBE），该平台实现了高效率、低毒性且具备时间可控性的碱基编辑，为体内癌症功能基因组学筛选提供了全新技术方法 。

上述研究团队的工作表明，完整DNA脱氨酶可能是导致细胞毒性和非特异性编辑的关键因素。此前，他们已开发出分体式工程化碱基编辑器，将脱氨酶拆分为两个失活片段，仅在小分子诱导下重新组装并恢复编辑活性【4】。多种细胞实验结果显示，相较于传统碱基编辑系统，seBE显著降低细胞毒性和转录组异常，同时保持甚至提升靶向编辑效率。

在体外白血病细胞模型中，研究者首先通过错义突变筛选验证了该工具的性能。 例如，在转录调控因子MYB蛋白的DNA 结合功能域中，多个突变位点影响蛋白稳定性及其与DNA 的结合能力。在染色质调控因子SMARCA4的ATPase功能域中，研究者发现第973位精氨酸突变为谷氨酰胺后其功能影响甚至强于终止密码子或剪切突变。进一步的突变体过表达实验表明，该突变可以产生类似于已知的显性失活（dominant negative）突变体的表型。 这些结果证明，seBE筛选不仅能够识别功能丧失突变，还能够解析基因敲除难以捕捉的突变类型。此外，该系统独特的可诱导特性，使研究者能够精确控制编辑发生的时间窗口，为体内功能筛选奠定基础。

为进一步优化体内应用，团队结合蛋白语言模型构建了计算筛选流程，优先富集具有潜在功能影响的错义突变位点，从而开发出精简型sgRNA文库，大幅压缩体内筛选规模，提高实验可行性 。在B16小鼠黑色素瘤模型中，研究团队验证了seBE在体内的稳定性和可控性。随后，他们针对35个已被敲除研究提示参与抗肿瘤免疫调控的基因，开展了体内碱基编辑筛选。该筛选不仅成功定位了调控抗肿瘤免疫反应的关键氨基酸残基，还发现某些残基在特定体内环境下呈现与整体基因敲除截然不同的功能效应。在进一步针对肿瘤免疫关键调控因子 Adar1【5】进行氨基酸位点精细筛选后，团队鉴定出多个功能丧失突变，临近已知的自身免疫疾病致病位点，并通过体内肿瘤模型及分子生物学实验得到验证 。筛选同时找到了一个位于ADAR1催化功能域的功能获得性突变位点。该位点临近促进ADAR1蛋白稳定性的肌醇硫磷酸（inositol hexakisphosphate）结合区域，突变后可增强细胞对于干扰素β（interferon β）的耐受性。

总体而言，本研究展示了seBE平台在体内癌症功能基因组学中的潜力。与传统基因敲除相比，高效率的碱基编辑筛选能够在氨基酸水平上解析功能差异，揭示基因整体敲除无法捕捉的精细调控机制。未来，团队将进一步拓展可诱导seBE筛选至更多肿瘤模型，系统解析癌症发生、进展及转移不同阶段的关键遗传调控节点。

宾夕法尼亚大学医学院博士后任荻秋和博士生王熵墒为论文的共同第一作者。宾夕法尼亚大学医学院史俊炜教授，Rahul M. Kohli教授，和纪念斯隆凯特琳癌症中心的Andy J. Minn教授为共同通讯作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-026-03077-5

制版人： 十一

参考文献

1. Lue, N.Z. & Liau, B.B. Base editor screens for in situ mutational scanning at scale.Mol Cell83, 2167-2187 (2023).

2. Komor, A.C., Badran, A.H. & Liu, D.R. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes.Cell168, 20-36 (2017).

3. Fiumara, M. et al. Genotoxic effects of base and prime editing in human hematopoietic stem cells.Nat Biotechnol42, 877-891 (2024).

4. Berrios, K.N. et al. Controllable genome editing with split-engineered base editors.Nat Chem Biol17, 1262-1270 (2021).

5. Ishizuka, J.J. et al. Loss of ADAR1 in tumours overcomes resistance to immune checkpoint blockade.Nature565, 43-48 (2019).

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