撰文｜nagashi
長久以來，遺傳性疾病一直是困擾人類的難題，無論是生活中較為常見的紅綠色盲，還是困擾歐洲皇室數個世紀的血友病，這些因遺傳缺陷而導致的疾病不僅對患者的生活造成影響，還嚴重威脅著患者的生命安全，更重要的是，人類已發現數千種遺傳性疾病，但對其中的絕大多數仍束手無策。
值得慶幸的是，基因組學的興起使得人類得以認知遺傳病的本質——源於基因本身的突變。基於此，如果我們能夠對這些突變的基因位點進行精準的編輯，使其替換成正確的鹼基對，那就可以從根本上徹底治癒這些人類遺傳病。
基於CRISPR系統的鹼基編輯器就是一項十分有希望的、可用於遺傳病治療的關鍵技術。但遺憾的是，一些研究表明，鹼基編輯器具有脫靶效應，可能會對正常基因位點進行非靶向的編輯。如果不能解決這一問題，鹼基編輯器在人類遺傳病治療中的應用將遙遙無期。
2021年1月25日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院、蘇黎世大學以及巴塞爾大學等組成的聯合團隊在 Nature Biomedical Engineering 雜誌上發表了題為：In vivo cytidine base editing of hepatocytes without detectable off-target mutations in RNA and DNA 的研究論文。
這項研究透過腺相關病毒（AAV）和脂質奈米顆粒（LNP）兩種遞送載體，分別向小鼠肝臟遞送胞嘧啶鹼基編輯器（CBE），並對其進行全轉錄組和全基因組脫靶修飾的無偏倚分析。
研究人員發現，透過這兩種載體遞送的胞嘧啶鹼基編輯器可以修復致病突變，而不會在肝細胞的RNA和DNA中產生脫靶突變。這一結果支援了胞嘧啶鹼基編輯治療遺傳性肝臟疾病的可行性。
據統計，單鹼基突變佔全部已發現的人類遺傳疾病的大約2/3，同時也是許多動植物重要性狀變異的遺傳基礎。因此，開發一種精準且能夠高效實現單鹼基替換的技術就顯得尤為重要，華人科學家劉如謙（David Liu）領導的研究團隊開發的鹼基編輯器就是為此而生。
胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）正是劉如謙實驗室開發的一種鹼基編輯器，它可以實現C•G鹼基對至T•A鹼基對的直接替換。
然而，最近的一些研究卻表明胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）可以在細胞系中導致非靶向的全轉錄組脫靶突變，並在誘導的多能幹細胞和兩細胞期胚胎中導致數百個全基因組脫靶突變。此外，胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）中所使用的脫氨酶——rAPOBEC1，其在體內的過表達將可能導致小鼠肝臟發育不良和肝細胞癌。
由此看來，評估胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）等鹼基編輯器的脫靶效應以及其他不良效應是十分必要的。
在這項研究中，為了評估胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）在體內是否存在脫靶效應，研究團隊重點研究了Pahenu2苯丙酮尿小鼠模型，並將SaKKH-CBE3鹼基編輯系統透過AVV介導遞送到小鼠肝臟中。緊接著，研究團隊使用RNA測序（RNA-Seq）對從小鼠肝臟中提取的RNA進行分析。
AVV介導的SaKKH-CBE3系統的Pahenu2小鼠肝臟遞送和脫靶效應評估分析
研究人員觀察到23%的靶標編輯，但與未處理的對照組相比，轉錄組範圍內的C→U的轉變並沒有增加。更有趣的是，當轉染低劑量的SaKKH-CBE3 mRNA時，雖然與質粒轉染相比，胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）表達減少了18倍，但在保留63%的目標編輯的同時，還大大減少了非靶標突變。
這一結果表明胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）的過表達可能與高的非靶標編輯率密切相關。
CBE的過表達可能與高的非靶標編輯率密切相關
與此同時，研究團隊還評估了AAV介導的SaKKH-CBE3系統在進入Pahenu2小鼠之後是否會導致基因組DNA的非靶標編輯。全基因組測序（WGS）分析表明，SaKKH-CBE3系統並未在小鼠肝臟中引入明顯的DNA脫靶突變。
SaKKH-CBE3系統可以實現靶標編輯編輯，且未造成明顯的RNA和DNA非靶標突變
除此之外，研究團隊還透過脂質奈米顆粒（LNP）遞送SaKKH-CBE3 mRNA和相關的sgRNA。他們的研究結果表明，在脂質奈米顆粒（LNP）遞送的瞬時表達SaKKH-CBE3系統之後，可導致約21%的靶向編輯並逆轉了Pahenu2小鼠的疾病表型，同時也沒有檢測到全轉錄組和全基因組的脫靶編輯。
脂質奈米顆粒（LNP）遞送的編輯效率和安全性結果，不輸於腺相關病毒（AAV）載體。
透過脂質奈米顆粒(LNP)向小鼠肝臟中遞送SaKKH-CBE3系統
綜上所述，SaKKH-CBE3系統在AAV或LNP介導的肝臟遞送後的表達不僅能有效替換靶標突變、逆轉Pahenu2小鼠的疾病表型，還不會對肝臟細胞中的RNA和DNA造成實質性的非靶向編輯。這一發現支援了胞嘧啶鹼基編輯器（CBE）在治療遺傳性肝臟疾病的可行性！
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41551-020-00671-z