麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究所的研究人員改進了一種基因編輯技術，現在可以有效地插入或替換人體細胞基因組中的整個基因，有可能使其適用於治療用途。這項進展來自布羅德核心研究所成員大衛-劉（David Liu）的實驗室，有朝一日能幫助研究人員開發出一種單一的基因療法，用於治療囊性纖維化等由數百或數千個不同基因突變之一所引起的疾病。

使用這種新方法，他們將在基因組的原生位置插入一個健康的基因拷貝，而不必使用其他基因編輯方法進行較小的編輯，創建不同的基因療法來糾正每一個突變。

這種新方法結合使用了素編輯和新開發的重組酶，前者可以直接進行大約100 或200 個鹼基對的大範圍編輯，後者可以在基因組的特定位點高效插入數千個鹼基對長度的大段DNA。這種名為eePASSIGE的系統進行基因大小編輯的效率是其他類似方法的數倍，相關報導發表在《自然-生物醫學工程》（Nature Biomedical Engineering）上。

“據我們所知，這是哺乳動物細胞中可編程靶向基因整合的首個實例之一，符合潛在治療相關性的主要標準，”該研究的資深作者、理查德-默金教授兼布羅德大學默金醫療保健變革技術研究所所長、哈佛大學教授、霍華-休斯醫學研究所研究員劉說。 “如果我們在培養人體細胞中觀察到的效率能夠轉化到臨床環境中，我們預計在這些效率下，即使不是大多數功能缺失性遺傳疾病，許多疾病也可以得到改善或挽救。”

研究生斯姆里蒂-潘迪（Smriti Pandey）和博士後研究員丹尼爾-高（Daniel Gao）都是這項研究的共同第一作者，他們也與明尼蘇達大學馬克-奧斯本（Mark Osborn）研究小組和貝斯以色列女執事醫療中心艾利歐特-柴科夫（Elliot Chaikof）研究小組合作完成了這項研究。

潘迪說：”這個系統為細胞療法提供了大有可為的機會，它可用於將基因精確植入體外細胞，然後再給病人注射，以治療疾病等。eePASSIGE的高效率和多功能性令人興奮，它可以催生一類新的基因組藥物。

許多科學家已經利用基因素材編輯技術有效地改變了DNA，這些改變的長度可達數十個鹼基對，足以糾正絕大多數已知的致病突變。但是，在基因組的原生位置引入整個健康基因（通常長達數千個鹼基對）一直是基因編輯領域的長期目標。這不僅有可能治療許多患者，而不管他們的致病基因發生了哪種突變，而且還能保留周圍的DNA 序列，從而增加新安裝的基因被適當調控的可能性，而不是表達過多、過少或在錯誤的時間表達。

2021 年，劉的實驗室報告了朝著這一目標邁出的關鍵一步，他們開發出了一種名為twinPE的素體編輯方法，在基因組中安裝重組酶”著陸點”，然後利用Bxb1 等天然重組酶催化新DNA 插入素體編輯的目標位點。

很快，劉與他人共同創辦的生物技術公司Prime Medicine就開始利用這項被稱為PASSIGE（prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing）的技術來開發遺傳疾病的治療方法。

PASSIGE只在一小部分細胞中進行編輯，足以治療某些遺傳疾病，但可能無法治療大多數因功能基因缺失而導致的遺傳疾病。因此，在今天報告的新工作中，劉的團隊著手提升PASSIGE的編輯效率。他們發現，重組酶Bxb1是限制PASSIGE效率的罪魁禍首。隨後，他們利用研究團隊先前開發的一種名為PACE（噬菌體輔助持續進化）的工具，在實驗室中快速進化出了更有效率的Bxb1版本。

由此產生的新進化和工程化Bxb1變體（eeBxb1）改進了eePASSIGE方法，平均可整合小鼠和人類細胞中30%的基因大小的載荷，是原始技術的4倍，是最近發表的另一種名為PASTE的方法的16倍。

劉說：”eePASSIGE系統為研究在遺傳病細胞和動物模型中我們選擇的位點整合健康基因拷貝以治療功能缺失性疾病提供了一個很好的基礎。我們希望這個系統將被證明是實現靶向基因整合為病人帶來益處的重要步驟。

有鑑於此，Liu 的團隊目前正致力於將eePASSIGE 與工程病毒樣顆粒（eVLPs）等遞送系統結合起來，以克服傳統上限制基因編輯器在體內進行治療遞送的障礙。

編譯來源：ScitechDaily