比CRISPR更强？最新基因组编辑器指南

自从CRISPR-Cas9被证明可在人类细胞中实现靶向基因组编辑^[4]，这一技术迅速成为生物研究不可或缺的工具，应用也早已超出编辑本身，延伸至转录调控、表观遗传修饰等方向^[1,3]。但它最擅长的只是小改动：Cas9必须先切断双链DNA，再依赖细胞自带且易出错的修复机制，结果常不可预测，往往直接令基因失活；插入片段越大效率越低，通常只用于短于2000个碱基的序列，在神经元等不分裂细胞中也难以使用；先导编辑虽不必断开双链，容量却只有几百个碱基。碱基编辑又“精确”得难堪大用——以遗传性视力丧失的Stargardt病为例，ABCA4基因有1200多个致病变异，约750个可用碱基编辑矫正，却意味着要开发数百种疗法。正如早年任职于CRISPR Therapeutics的Ying Zhang的体会：只有装入整个健康基因，一种疗法才能覆盖一种遗传病。

这篇综述文章梳理了正在“爆炸式”涌现的大片段写入工具。哈佛医学院的Abudayyeh与Gootenberg开发出PASTE，先用先导编辑埋下“着陆位点”，再靠偶联Bxb1整合酶的Cas9把供体DNA缝合进基因组，无需双链断裂，已在人类细胞、原代T细胞和不分裂的人肝细胞中整合约36 kb的片段^[2]；其变体被Tome Biosciences用于食蟹猴，替换与血友病B相关的基因，单次治疗后约一半肝细胞获得纠正版本。Sternberg与David Liu则把CRISPR相关转座酶优化为evoCAST，可在人类细胞中插入至多15,000个碱基，覆盖多个治疗相关位点^[5]。此外还有基于细菌遗传重组的recombineering系统，约1500个碱基的元件即可装入单个AAV；R2逆转录转座子则能以全RNA形式经脂质纳米颗粒递送，载荷远超AAV。

相对已有认识，这些方法把可写入的DNA上限从约2 kb推高到数万个碱基，摆脱了对双链断裂和DNA修复通路的依赖，并在非分裂细胞中保持活性^[2]，这正是CRISPR-Cas9鞭长莫及之处；整基因替换、给CAR-T细胞加装免疫刺激蛋白或仅在肿瘤附近激活的遗传开关、构建疾病模型乃至合成染色体，也因此有了可行路径。

但文章同样点明局限：PASTE元件繁多，猴实验需动用脂质纳米颗粒与AAV两套递送系统，肝脏能拿到50%，换成其他器官便相当困难；evoCAST部分设计需要六七种蛋白，递送负担沉重；逆转录转座子改换靶向须重新改造其DNA结合结构域，通常只能写入预定的“安全港”。迄今尚无一种新方法展现出CRISPR-Cas9在小编辑上的简单与通用，工具选择仍取决于插入片段大小、基因组靶位与细胞类型，没有一刀切的答案。