单碱基基因编辑存在脱靶效应，会导致RNA突变

近期发表在 Nature 杂志上的一篇研究报道显示，单碱基基因编辑存在脱靶效应，会导致 RNA 突变。这颠覆了科学界原来的认识，即单碱基基因编辑的编辑效果更为精准，在应用过程中也更为安全。

该研究结果一发表，立即在生物科研领域引起轩然大波，研究者不得不重新考虑单碱基基因编辑系统的安全性问题，这给这一技术的进一步应用带来一定的障碍。

近几年，关于基因编辑的研究与应用在几乎所有生物医学领域飞速发展。基因编辑是一组技术，使科学家能够改变生物体的 DNA。这些技术允许在基因组中的特定位置添加，去除或改变遗传物质。目前，研究人员已经开发了几种基因组编辑方法。

CRISPR-Cas9 基因编辑系统是其中最火的工具。它包含聚集的规则间隔短回文重复序列和 CRISPR 相关蛋白 9。这一系统在细菌体内被首次发现，是细菌抵抗噬菌体的“防御武器”。

这一系统的工作原理可以简单概括为 Cas9 这个酶在 gDNA 的引导下对目标基因进行敲除、添加等编辑操作。

另外，这一系统是针对 DNA 双链多碱基进行编辑的。但是，随着研究的深入，研究人员发现 CRISPR-Cas9 存在脱靶风险，即在导入 CRISPR-Cas9 后会导致非目标区基因的改变，由于这一技术是直接修改生物基因组，因此其具有难以消除的遗传效应，脱靶效应存在潜在的巨大害处。

图丨CRISPR-Cas9 基因编辑系统（来源：bing）

2016 年，来自哈佛大学 Broad 研究所的刘如谦（David R. Liu ）教授团队改造了 CRISPR-Cas9 技术，研发出首个可编辑 DNA 单个碱基的基因编辑技术 CBE（Cytosine Base Editor），可以将 C-G 碱基对转变成 T-A 碱基对。不久，该团队获得可将 A-T 碱基对转变成 G-C 碱基对的碱基编辑器 ABE（Adenine Base Editor）。顾名思义，单碱基基因编辑系统是对单个目标碱基进行识别和编辑，这套系统可以从根本上治疗很多单碱基变异疾病。

图丨单碱基基因编辑示意图（来源：bing）

从理论上说，由于单碱基基因编辑的识别窗很窄，其导致的脱靶风险也会更低，同时，单个碱基发生突变所带来的影响也要远小于普通 CRISPR-Cas9 基因编辑系统所带来影响。

现在，这一认识被一项新研究打破了。

自麻省总医院的病理学家和分子生物学家 J. Keith Joung 及其团队筛选了常见的单碱基编辑系统，并在人类肝脏和肾脏细胞中对这些系统进行了检测和分析。

随之而来的结果令研究人员大吃一惊，单碱基基因编辑的关键酶——脱氨酶会改变靶细胞内的 RNA，将其胞嘧啶（cytosines）转变成尿嘧啶（uracil），从而导致蛋白质编码和非编码序列的突变，而且整个导致的 RNA 突变量巨大，这些突变的 RNA 会严重影响其下游蛋白质的翻译与修饰。

图丨脱氨酶的已知活性与未知活性（来源：Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors）

为了解决单碱基基因编辑的脱靶效应，J.Keith Joung 教授的团队通过优化两种单碱基编辑的关键酶，大大减少了 RNA 脱靶效应，将 RNA 变异率减少 390 倍和 3800 倍，同时，这些改良酶可以更精准地实现 DNA 编辑。

J.Keith Joung 教授表示，他们的发现并不是给单碱基基因编辑泼冷水，而是希望借此机会推动 CRISPR 的进一步完善。只有这样，单碱基基因编辑系统才能更加安全地应用于基础研究和临床治疗当中。