Nature+bioRxiv | 碱基编辑在人类胚胎研究中的安全性和准确性

撰文 | BioArt编辑部

人类胚胎发育过程中，受精卵经过多次分裂形成囊胚，随后逐渐建立未来形成胎儿的上胚层（Epiblast）以及支持胚胎发育的胚外组织。然而，人类早期胚胎中关键转录因子的具体功能长期难以直接研究。

在小鼠模型中，NANOG被认为是维持多能性和促进上胚层形成的重要转录因子，但由于物种差异，其在人类胚胎中的真实作用始终缺乏直接证据。传统CRISPR/Cas9基因编辑技术会产生DNA双链断裂（DSBs），容易导致染色体异常、大片段缺失和基因组不稳定，使其在人类胚胎中的应用受到限制。比如2020年，哥伦比亚大学Dieter Egli团队在Cell上发表文章Allele-specific chromosome removal after Cas9 cleavage in human embryos，报道CRISPR/Cas9系统在对EYS基因突变位点进行修复的时候会频繁的发生所在染色体的整个或者部分丢失。

因此，如何在避免基因组损伤的前提下精确研究人类胚胎发育调控基因，成为发育生物学和再生医学领域的重要挑战。

2022年11月3日，中国科学家团队在Protein ＆ Cell发表了题为Human 8-cell embryos enable efficient induction of disease-preventive mutations without off-target effect by cytosine base editor的研究论文，该研究发现在人8细胞胚胎中可以安全高效的诱导与阿尔茨海默疾病、家族性高胆固醇血症以及系统性红斑狼疮等疾病相关的保护性突变。该研究首次探索了利用FNLS-YE1系统在人8细胞胚胎中可以高效安全引入人群中已知的保护性突变，为减少人类对AD或其他遗传性疾病的易感性提供了指导。基于CBE系统效率和特异性的提高，研究人员认为FNLS-YE1介导的疾病保护性突变可以为一些遗传疾病的成体基因治疗提供借鉴（详见BioArt报道：）。

2026年6月25日，来自英国剑桥大学Kathy Niakan和Katarina Harasimov研究团队在Nature发表题为Base editing reveals an essential role for NANOG in human embryogenesis的研究论文。研究团队将腺嘌呤碱基编辑器ABE8e应用于人类胚胎研究，通过精确编辑NANOG基因剪接位点，构建功能缺失的人类胚胎模型，而无需引入DNA双链断裂。研究结果显示，该方法具有较高编辑效率，同时几乎不产生明显的基因毒性和脱靶效应。

研究人员首先在人胚胎干细胞中验证了NANOG功能缺失的效果。结果发现，NANOG缺失后，多能性相关基因表达显著下降，细胞逐渐失去干细胞特征并向神经外胚层方向分化。同时，研究者无法获得长期稳定存活的NANOG敲除细胞株，表明NANOG对于维持人胚胎干细胞的自我更新能力至关重要。

随后，研究团队在人类受精卵中实施碱基编辑。虽然NANOG缺失并未显著影响囊胚形成率，但胚胎内细胞团质量明显下降。单细胞转录组分析进一步显示，NANOG缺失导致上胚层特异性标志基因（如LEFTY1、LEFTY2和FGF4）表达显著减少，上胚层形成受到严重阻碍。

令人意外的是，与小鼠胚胎不同，人类NANOG缺失胚胎仍然能够形成原始内胚层（Primitive Endoderm）细胞。研究发现，缺失NANOG后，人类胚胎细胞更多地向原始内胚层和滋养层方向分化，而不是形成正常的上胚层。这表明人类和小鼠在早期胚胎谱系决定机制上存在重要差异，也凸显了直接研究人类胚胎的重要性。

此外，研究还证明碱基编辑技术在人类胚胎中具有较高安全性。研究人员未发现目标位点附近的染色体缺失或大片段重排，脱靶编辑频率极低，进一步验证了碱基编辑作为研究人类发育机制工具的潜力。

本研究首次利用碱基编辑技术在人类胚胎中实现NANOG功能敲除，并直接证明NANOG是人类上胚层形成和多能性建立所必需的核心转录因子。研究不仅揭示了人类与小鼠胚胎发育调控机制的重要差异，也展示了碱基编辑技术在人类发育生物学研究中的巨大应用价值。该文章为理解人类早期发育、胚胎停育、不孕不育以及再生医学相关疾病提供了新的理论依据，同时也为未来利用精准基因编辑研究人类胚胎发育奠定了技术基础。

6月1日，美国哥伦比亚大学Dieter Egli团队在bioRxiv上发布了文章Efficient base editing and development in human embryos without chromosomal alterations（该篇文章引用了前面提及的Protein & Cell论文，而刚刚上线的Nature未引用）。

这篇文章更偏向于基因编辑技术本身的评估和优化。研究者并非关注某个发育基因的生物学功能，而是系统分析碱基编辑在人类胚胎中的安全性、准确性以及对胚胎发育的影响。研究通过对PCSK9和HBG基因进行编辑，比较了传统CRISPR/Cas9与ABE编辑后的基因组变化情况。结果发现，与Cas9诱导的DNA双链断裂相比，ABE编辑几乎不会产生大片段缺失、染色体断裂或非整倍体异常，编辑后的胚胎能够正常发育至囊胚阶段，并成功建立胚胎干细胞系。研究还发现，以核糖核蛋白复合物（RNP）形式递送编辑器明显优于mRNA递送方式，后者会导致早期胚胎发育停滞。这些发现为未来在人类胚胎中安全应用碱基编辑技术提供了重要依据。

总之，这些研究共同表明了碱基编辑技术正在推动人类胚胎研究从“能够编辑基因”迈向“能够安全、精准地解析基因功能”的新阶段。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10792-1

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.30.728989v1

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