Nature子刊：西湖大學宋春青團隊開發(fā)非典型pegRNA，突破先導編輯效率瓶頸

編輯丨王多魚

排版丨水成文

基因編輯技術(shù)被譽為 “改寫生命密碼的手術(shù)刀”，自誕生以來便深刻改變了生命科學研究與疾病治療的格局。從早期的鋅指核酸酶（ZFN）、類轉(zhuǎn)錄激活因子效應物核酸酶（TALEN），到如今廣泛應用的 CRISPR-Cas 系統(tǒng)，基因編輯工具的迭代升級，核心目標始終是 更精準、更高效、更安全地修飾基因組 。其中，CRISPR-Cas9 技術(shù)以其簡便性和通用性掀起了基因編輯革命，但傳統(tǒng) Cas9 技術(shù)輝產(chǎn)生 DNA 雙鏈斷裂，易引發(fā)隨機插入/缺失（indel） 突變 ， 以及 脫靶效應，限制了其在臨床治療中的應用。

2019 年，劉如謙團隊推出了先導編輯（Prime Editing，PE）技術(shù)，它摒棄了 DNA 雙鏈斷裂的依賴，通過 Cas9 切口酶與逆轉(zhuǎn)錄酶的融合蛋白，結(jié)合專門設計的先導編輯向?qū)?RNA（pegRNA），直接在基因組靶位點進行“精準涂改”——可實現(xiàn)單個堿基替換、小片段插入或缺失，且無需外源供體 DNA 模板，被業(yè)界認為是 迄今為止最接近理想狀態(tài)的精準基因編輯技術(shù) 。這一技術(shù)的出現(xiàn)，為鐮狀細胞貧血、血友病、遺傳性酪氨酸血癥等單基因遺傳病的根治提供了可能，也為作物育種、細胞治療、傳染病防控等領域開辟了全新路徑。

先導編輯的核心功能依賴于 pegRNA，該 RNA 需同時實現(xiàn)靶序列精準定位與攜帶編輯模板的雙重作用：通過 3' 端延伸的引物結(jié)合位點（PBS）與逆轉(zhuǎn)錄模板（RTT），介導位點特異性精準編輯。但傳統(tǒng) pegRNA 的 3' 端延伸序列易被細胞內(nèi)核酸酶降解，直接導致編輯復合物穩(wěn)定性不足；工程化改造的 epegRNA 通過添加保護性基序提升 RNA 穩(wěn)定性，但會削弱 Cas9 與 RNA 的結(jié)合親和力。

上述瓶頸共同造成先導編輯的整體效率偏低，在臨床轉(zhuǎn)化關鍵的核糖核蛋白（RNP）遞送體系中尤為突出。而 RNP 遞送具備起效迅速、脫靶風險低、免疫原性弱的核心優(yōu)勢，可兼顧編輯精準度與生物安全性，是基因編輯臨床轉(zhuǎn)化的優(yōu)選遞送策略。

2026 年 4 月 7 日，西湖大學宋春青團隊（博士生方國慶為論文第一作者） 在Nature Biomedical Engineering期刊上發(fā)表了題為：Boosting prime editing with engineered non-canonical pegRNAs 的研究論文。

該研究創(chuàng)新性地開發(fā)出非經(jīng)典 pegRNA（npegRNA），成功突破了先導編輯（ Prime Editing ）的 瞬時遞送效 率瓶頸。

研究團隊基于 SpCas9n-RT-pegRNA-靶標 DNA 三元復合物的原子結(jié)構(gòu)信息，提出了創(chuàng)新性設計思路：將易降解的 RTT 和 PBS 元件，從 pegRNA 的 3' 端延伸區(qū)域轉(zhuǎn)移至 sgRNA 骨架中穩(wěn)定的莖環(huán)-2（stem loop 2）內(nèi)部，由此構(gòu)建出非經(jīng)典 pegRNA（npegRNA）。該設計在不影響 npegRNA 與 Cas9 靶向結(jié)合的前提下，可有效保護 RTT 和 PBS 元件免受細胞內(nèi)外切酶的降解。

研究團隊在 HEK293T、HeLa、K562 等常規(guī)細胞系及小鼠 N2a 細胞中進行了驗證，結(jié)果顯示，npegRNA 對多個內(nèi)源性基因位點的編輯效率均顯著超越經(jīng)典 pegRNA，且脫靶率低于 0.1%，保持了極高的編輯特異性。在臨床轉(zhuǎn)化關鍵的 RNP 遞送系統(tǒng)中，npegRNA 的平均編輯效率 大幅度提高 ，解決了傳統(tǒng)先導編輯技術(shù)在瞬時遞送系統(tǒng)中的效率難題。

總的來說，該研究開發(fā)的 npegRNA 通過創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設計，在不增加脫靶風險的前提下，大幅提升了先導編輯的效率和穩(wěn)定性，尤其適配臨床轉(zhuǎn)化所需的 RNP 和 RNA 遞送系統(tǒng)。該成果攻克了長期制約先導編輯臨床應用的核心瓶頸，為單基因遺傳病、腫瘤、傳染病等多種疾病的精準治療提供了更高效、更安全的新策略。在方法學上，該研究整合了結(jié)構(gòu)生物學、生物信息學、生物化學、動物模型等多種技術(shù)手段，為基因編輯工具的優(yōu)化提供了新思路，也為類似 RNA 工具的設計提供了重要參考。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41551-026-01650-6