“堿基編輯器”是通過替換基因中的堿基對，改變生物的基因結構。關于該項技術是否能夠應用于醫(yī)藥治療的討論一直在進行中，該項技術的發(fā)展也是很多人關心的問題。

　　堿基編輯器的介紹

　　基因是脫氧核糖核酸(DNA)上的片段，而DNA雙鏈螺旋結構由4種化學堿基組成，即腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，其中鳥嘌呤和胞嘧啶配對，腺嘌呤和胸腺嘧啶配對。 新型堿基編輯器，它可以在不斷開DNA雙鏈的情況下，將A·T堿基對轉(zhuǎn)換成G·C堿基對，也就是說能實現(xiàn)高效、可選擇性地在基因中替換堿基。 在所有已知的疾病相關單堿基對突變中，約有一半涉及野生型G·C堿基對轉(zhuǎn)換成突變型A·T堿基對，新發(fā)明的堿基編輯器有可能幫助患者恢復這一類突變。 據(jù)介紹，這種堿基編輯器對細菌細胞和人類細胞的DNA均有效，在人類細胞中，它們能在大范圍目標區(qū)域內(nèi)引入預期突變，效率約為50%，高于任何其他基因組編輯方法的效率，而且?guī)缀鯖]有副作用。

　　堿基編輯器的遺傳病治療實驗

　　新生兒的父母可能都了解一種稱為苯丙酮尿癥(phenylketonuria)的代謝障礙。過量的苯丙氨酸會遲滯精神和運動發(fā)育。如果這種遺傳疾病不及時加以治療的話，兒童可能會遭受嚴重的精神殘疾。這種代謝障礙的病因是編碼苯丙氨酸羥化酶(phenylalanine hydroxylase, Pah)的基因發(fā)生突變。這種由肝細胞產(chǎn)生的酶代謝苯丙氨酸。這種代謝障礙是一種“常染色體隱性”遺傳疾病：兒童如果從母親那里遺傳一個突變基因拷貝和從父親那里遺傳一個突變基因拷貝，那么就會患上這種疾病。到目前為止，這種疾病仍然是無法治愈的。

　　在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院和蘇黎世大學的研究人員利用一種方法糾正肝細胞中的兩個突變基因拷貝，從而治愈這種疾病。他們?nèi)〉贸晒Γ辽偈窃谛∈篌w內(nèi)。相關研究結果發(fā)表在2018年10月的Nature Medicine期刊上，論文標題為“Treatment of a metabolic liver disease by in vivo genome base editing in adult mice”。

　　在利用一種酶加以強化的CRISPR/Cas9系統(tǒng)的幫助下，這些研究人員改變了成年小鼠中這兩個突變基因拷貝中的堿基序列。這些經(jīng)過校正的肝細胞能夠產(chǎn)生功能性的Pah酶，這些小鼠所患的這種疾病被治愈了。這種由胞苷脫氨酶(cytidine deaminase)加以強化的CRISPR/Cas9系統(tǒng)結合到這兩個需要被校正的基因拷貝上，并且在局部打開DNA雙鏈。胞苷脫氨酶將致病性的DNA堿基對C-G轉(zhuǎn)化為健康人體內(nèi)對應基因組位點上存在的堿基對T-A。這能夠校正Pah酶編碼基因中的DNA堿基錯誤。

　　國內(nèi)堿基編輯器新進展

　　近年來，將CRISPR/Cas基因編輯酶(如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cpf1等)與核酸脫氨編輯酶(如胞嘧啶脫氨酶APOBEC/AID、腺嘌呤脫氨酶ADAR等)整合發(fā)展出的堿基編輯系統(tǒng)(Base Editor, BE)，可在單堿基水平實現(xiàn)高效率的靶向基因編輯(C-to-T、A-to-G)。這種新型堿基編輯系統(tǒng)理論上可對數(shù)百種引起人類疾病的基因組單堿基突變進行定點矯正，因此擁有巨大的臨床應用潛力。堿基編輯技術于2017年被Science雜志評為全球十大年度科學突破之一，進一步凸顯出該領域在科學研究和臨床應用上的重要潛力。

　　我國學者現(xiàn)已成功開發(fā)基于脫氨酶APOBEC的新型普適堿基編輯器中國科學院上海生命科學研究院(營養(yǎng)與健康院)中國科學院-馬普計算生物學研究所楊力研究組與上海科技大學生命學院陳佳研究組和黃行許研究組合作，成功開發(fā)出一系列基于人胞嘧啶脫氨酶APOBEC的新型普適堿基編輯器，其中基于人APOBEC3A(hA3A)的堿基編輯器可高效介導甲基化胞嘧啶mC到胸腺嘧啶T的編輯。相關成果以Efficient base editing in methylated regions with a human APOBEC3A-Cas9 fusion 為題，在線發(fā)表在國際學術期刊《自然-生物技術》(Nat Biotechnol)上。

　　在這項最新的研究中，合作團隊首先利用生物信息學方法系統(tǒng)分析了與人類疾病相關的單堿基突變，發(fā)現(xiàn)胸腺嘧啶T到胞嘧啶C突變中的大部分處于CpG二核苷酸位點。而在哺乳動物基因組中，CpG位點的胞嘧啶通常易被甲基化修飾。目前已報道的堿基編輯系統(tǒng)大多是利用大鼠APOBEC1(rA1)作為脫氨酶進行基因組編輯，合作團隊的研究發(fā)現(xiàn)此類rA1依賴的堿基編輯通常會受到DNA甲基化修飾水平的影響，因此在基因組DNA高甲基化區(qū)域無法實現(xiàn)高效的堿基編輯。為了實現(xiàn)高甲基化區(qū)域內(nèi)的高效堿基編輯，合作團隊成員利用十余種來自不同物種的APOBEC胞嘧啶脫氨酶家族蛋白構建出一系列新型堿基編輯器，可廣泛用于胞嘧啶C至胸腺嘧啶T單堿基編輯。更為重要的是，合作團隊通過一系列篩選鑒定，發(fā)現(xiàn)基于人APOBEC3A的堿基編輯器(hA3A-BE)可在基因組高甲基化區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高效的甲基化胞嘧啶mC至胸腺嘧啶T單堿基編輯。深入研究發(fā)現(xiàn)，hA3A-BE是一種普適且高效的堿基編輯器，可在已檢測的多種環(huán)境中實現(xiàn)胞嘧啶C(或甲基化胞嘧啶mC)至胸腺嘧啶T的高效編輯。最后，通過對人APOBEC3A的系統(tǒng)性改造，研究團隊縮小了hA3A-BE的編輯區(qū)間，進一步提高了其堿基編輯的精度。與之前報道的基于大鼠APOBEC1的堿基編輯器相比，基于人APOBEC3A的新型堿基編輯器應用范圍更加廣泛和全面，這為堿基編輯系統(tǒng)在基礎研究及未來臨床領域的全面深入應用提供了新工具、新方法和新思路。

　　針對堿基基因器的研究雖已經(jīng)歷了眾多實驗，但是要真正投入到實驗中，仍需要很多研究來證明其安全性。