2025年9月，MIT研究團隊在Nature期刊發表了一項關于先導編輯（Prime Editing）技術的重要研究，通過改造Cas9蛋白，顯著降低了基因編輯過程中的錯誤率，開發了名為vPE的新一代先導編輯器。科學家們通過蛋白質工程改造Cas9，成功開發出下一代先導編輯器 next-generation prime editor (vPE)，將編輯錯誤率降低至原來的1/60，讓精準基因編輯邁向新紀元。

先導編輯技術的機遇與挑戰

先導編輯技術由劉如謙團隊于2019年開發，被稱為“第三代基因編輯技術”。它能夠在不斷裂DNA雙鏈的情況下，實現精準的基因編輯，包括堿基替換、小片段插入和刪除。

該系統由兩部分組成：一是nCas9（H840A）與逆轉錄酶（RT）的融合蛋白（即先導編輯器），二是含有引物結合位點（PBS）和逆轉錄模板（RTT）的pegRNA。

與傳統的CRISPR-Cas9系統相比，先導編輯具有編輯范圍更廣、脫靶效應更低的優點。理論上，先導編輯器能夠編輯修復75000種已知致病性人類遺傳突變的89%。

然而先導編輯技術也存在一些局限性，主要包括編輯效率偏低、大片段操縱能力不足等。此外，最重要的挑戰之一是編輯過程中會產生插入/缺失（indel）錯誤。

創新策略：從“扶正”到“破舊”

在先導編輯過程中，編輯后的3′新鏈需要與競爭的5′舊鏈爭奪在基因組中的整合機會。由于舊鏈與互補鏈完美配對，而新鏈存在錯配，導致舊鏈往往更具競爭優勢。

這種結構性偏愛限制了編輯效率，也是indel錯誤產生的主要原因。當新鏈整合受阻時，DNA切口附近會出現不穩定結構，細胞的修復系統可能會隨機插入或刪除堿基，導致indel錯誤。MIT團隊通過改造Cas9蛋白，使其對5′舊鏈末端的“鉗制”變得松弛。這樣一來，舊鏈末端更容易暴露并被細胞內的酶降解，從而讓新鏈能夠順利整合。

vPE的卓越性能

研究團隊通過對Cas9蛋白DNA結合區域的氨基酸進行突變，篩選出了能夠促進5′舊鏈末端降解的突變體。隨后，他們構建了第一代新型編輯器pPE（precise prime editor）。

pPE表現出色，將“編輯:錯誤”的比率提升了28倍。但研究人員并未滿足于此，他們進一步開發了第二代編輯器xPE（extra-precise prime editor），不僅提高了精準度，還恢復了編輯效率。

最終，團隊將這種錯誤抑制策略與最新的提高效率的架構相結合，開發出了下一代先導編輯器vPE。與之前的先導編輯器相比，vPE具有相當的編輯效率，indel錯誤率降低了至原來的1/60，實現了高達543:1的編輯與錯誤比例。

先導編輯技術因其高精度和多功能性，在生物醫學研究、農業育種等領域有著廣泛的應用前景。

在醫療領域，先導編輯技術展示了治療遺傳疾病的巨大潛力。2025年5月，美國生物技術公司Prime Medicine宣布其先導編輯療法PM359在治療慢性肉芽腫病（CGD）的1/2期臨床試驗中取得積極結果。

一名青少年患者接受治療后，中性粒細胞恢復了66%的NADPH氧化酶活性，遠高于被認為可能治愈的水平，且沒有出現嚴重副作用。這是先導編輯技術首次用于治療人類患者。

除了遺傳病治療，先導編輯技術在腫瘤免疫治療領域也展現出應用價值。基于CRISPR（包括先導編輯等）技術的T細胞免疫療法正在快速發展。

隨著vPE的推出，基因編輯領域迎來了一個新的時代。編輯與錯誤比例高達543：1意味著研究人員現在能夠以前所未有的準確性修改基因組。

這項技術的進步不僅為基礎科學研究提供了更強大的工具，也為基因治療提供了更安全、更可靠的選擇。未來，我們可能會看到更多基于先導編輯技術的治療方法進入臨床，為無數遺傳病患者帶來新的希望。

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