Nature：RNA编辑：有望超越CRISPR的未来疗法

引言

在过去的几十年里，科学家们一直在探索能够修正遗传缺陷的技术，从而为遗传病患者提供治疗的新希望。随着生物技术的迅速发展，RNA编辑技术逐渐成为科研人员的新宠。不同于早期的基因编辑技术，如CRISPR-Cas9，它通过直接修改DNA序列来改变基因表达，RNA编辑技术则是通过修改信使RNA（mRNA）的方式，来实现对基因表达的调控。这种方法不仅能够绕过直接修改DNA带来的伦理和安全问题，而且因其可逆性和灵活性，被认为是更安全、更精准的基因治疗技术。2月16日Nature杂志也撰文“Move over, CRISPR: RNA-editing therapies pick up steam”对此展开了讨论。

RNA编辑技术的发展标志着我们对生命科学的理解已经进入了一个新的层次。通过精确地编辑RNA分子，科学家们能够修正错误的基因信息，从而让错误的蛋白质得以正确表达，或是通过增强某些有益蛋白的表达来治疗疾病。例如，通过修改mRNA，可以使患有遗传性血液疾病的患者的血液细胞能够产生正常的蛋白，从而治愈或减轻疾病的症状。

CRISPR技术的局限性

尽管CRISPR-Cas9作为一种革命性的基因编辑工具已经被广泛应用于基因疗法的研究中，但它仍然存在一些局限性。首先，CRISPR技术的一个主要问题是其潜在的脱靶效应，即编辑过程可能意外修改DNA上的非目标区域，这可能导致未知的遗传变异或其他不良后果。此外，CRISPR技术涉及到直接修改个体的基因组，这不仅引发了伦理上的争议，也使得其应用受到了一定的限制。

与CRISPR技术相比，RNA编辑技术提供了一种更为安全、更具有选择性的治疗手段。由于RNA编辑是在mRNA水平上进行，不直接改变DNA序列，因此可以有效避免脱靶效应和伦理问题。此外，RNA分子的短暂性质意味着通过RNA编辑介入的效果是可逆的，这为临床应用提供了更多的安全保障。

RNA编辑与CRISPR的区别

RNA编辑技术与CRISPR-Cas9技术作为当前两种主流的基因编辑手段，各自在基因治疗领域扮演着重要角色。尽管它们的最终目的都是为了实现对遗传信息的精确修改，但在操作机制、应用范围以及潜在风险等方面存在显著差异。

操作机制的差异：CRISPR-Cas9技术通过直接剪切DNA链上的特定基因序列，实现对基因的编辑。这种方法虽然高效，但修改是永久性的，一旦发生错误，可能导致不可逆转的遗传变异。相比之下，RNA编辑技术通过修改mRNA的序列，影响蛋白质的合成，而不直接作用于DNA，这种方法的修改是可逆的，为基因治疗提供了更高的安全性。

应用范围的不同：CRISPR技术在基因组水平上的操作能力，使其在基因功能研究和遗传疾病治疗方面具有广泛的应用前景。而RNA编辑技术由于其特有的安全性和灵活性，尤其适用于需要临时性基因调控的场景，如某些遗传病的治疗，为临床提供了更多选择。

潜在风险的差异：与CRISPR技术相比，RNA编辑技术因不直接改变DNA序列，因此大大降低了潜在的脱靶效应和永久性遗传改变的风险。这一特性使得RNA编辑技术在安全性方面具有独特优势，尤其是在临床应用中。

RNA编辑技术的工作原理

RNA编辑技术的基本原理是通过特定的酶或编辑因子，对mRNA上的碱基进行修改，从而影响蛋白质的合成。这一过程可以分为单碱基编辑和RNA外显子编辑两种主要类型。

单碱基编辑：这种方法主要涉及到单个碱基的转换，例如，将mRNA上的腺嘌呤（A）编辑为肌苷（I）。这种转换通过自然存在的或工程化的腺嘌呤脱氨酶（如ADAR）实现。通过精确地编辑特定的单个碱基，可以修正错误的遗传信息，恢复正常的蛋白质表达。

RNA外显子编辑：与单碱基编辑聚焦于单个碱基不同，RNA外显子编辑涉及到更大范围的RNA分子编辑，通过改变外显子的剪接方式来实现对遗传信息的修正。这种技术可以用于处理因多个突变导致的复杂遗传疾病，通过编辑前体mRNA（pre-mRNA），移除含有突变的外显子，使得最终成熟的mRNA能够编码出正常的蛋白质。

RNA编辑被认为比CRISPR-Cas9系统更安全和更灵活（Credit: Christoph Burgstedt/Science Photo Library）

RNA编辑技术的应用

RNA编辑技术作为一种新兴的基因编辑工具，已经在多个领域展现出巨大的应用潜力。特别是在基因疾病治疗和肿瘤治疗领域，RNA编辑技术凭借其高效、安全的特性，为疾病治疗提供了新的思路和方法。

基因疾病治疗

α-1抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）是一种遗传性疾病，由于α-1抗胰蛋白酶（AAT）的缺乏，患者容易发生肺部和肝脏疾病。传统治疗方法包括AAT蛋白的补充疗法，但这种方法成本高昂，且需长期治疗。RNA编辑技术的应用为AATD治疗提供了新的方案。通过精确编辑患者细胞中的mRNA，可以直接修正导致AAT缺乏的基因突变，从而在源头上解决问题，恢复AAT蛋白的正常表达和功能。这种方法不仅成本相对较低，而且有望实现一次性治疗，为患者带来更为持久的益处。

RNA编辑在肿瘤治疗中的潜力

肝细胞癌是一种常见的恶性肿瘤，其治疗难度大，预后较差。RNA编辑技术在肿瘤治疗领域的应用开辟了新的治疗可能。通过针对性编辑肿瘤细胞中特定mRNA的序列，可以精确调控肿瘤细胞的生长和死亡。例如，通过RNA编辑技术，可以降低肿瘤细胞内促进癌症发展的基因表达，或者增强抑癌基因的表达，从而抑制肿瘤生长，甚至诱导肿瘤细胞的死亡。此外，RNA编辑技术还可以用来增强免疫细胞对肿瘤的识别和清除能力，提高肿瘤免疫治疗的效果。这些研究表明，RNA编辑技术在肿瘤治疗中具有广阔的应用前景，有望为肿瘤患者带来更有效的治疗选项。

RNA编辑技术的挑战与前景

RNA编辑技术虽然在基因疗法领域展现出广阔的应用潜力，但在实际推进过程中也面临着诸多挑战。同时，随着技术的不断发展和优化，其在医学研究和治疗中的未来发展方向也值得期待。

技术挑战

精准性和效率的提升：虽然RNA编辑技术相较于CRISPR技术在安全性上有所优势，但如何进一步提高编辑的精准性和效率仍是一个重要的研究方向。错误的编辑可能导致非预期的蛋白质表达，从而影响治疗效果。

递送系统的开发：有效、安全地将RNA编辑工具递送到目标细胞是实现RNA编辑的关键。目前常用的递送系统如病毒载体存在潜在的免疫反应风险，非病毒递送系统则在递送效率和细胞特异性方面面临挑战。

长期安全性和稳定性研究：尽管RNA编辑技术具有可逆性，理论上安全性较高，但其长期安全性和稳定性仍需通过大量临床前和临床研究来验证。特别是编辑后的RNA分子在体内的稳定性和持续效果，是治疗成功的重要因素。

未来发展方向

多种疾病的治疗应用：随着RNA编辑技术的不断完善，其在遗传性疾病、肿瘤、罕见病等多种疾病治疗中的应用将更加广泛。特别是对于那些目前尚无有效治疗方法的疾病，RNA编辑技术可能提供新的治疗策略。

个性化医疗的实现：基于患者特定的遗传背景进行个性化的RNA编辑，针对性地解决患者的基因问题，将是未来发展的一个重要方向。这不仅能提高治疗的有效性，还能减少潜在的副作用，实现真正意义上的个性化医疗。

与其他技术的融合创新：RNA编辑技术与基因编辑、细胞疗法、纳米技术等其他生物医学领域的技术融合，有望带来新的治疗模式和策略。例如，结合细胞疗法，利用RNA编辑技术改造免疫细胞，为癌症治疗提供新的可能。

相关案例研究

在RNA编辑技术的研究和应用领域，一些前沿企业已经开始展示其技术的实际应用潜力，其中Wave Life Sciences和Ascidian Therapeutics的案例尤为突出。通过深入探讨这两个案例，我们可以更好地理解RNA编辑技术在遗传病治疗领域的实际应用前景。

Wave Life Sciences的单碱基编辑技术

Wave Life Sciences是一家致力于利用RNA编辑技术开发新型基因疗法的公司。他们针对α-1抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）这一特定遗传疾病，开发了一种创新的单碱基编辑技术。AATD是一种因AAT蛋白异常导致的遗传性疾病，可引发严重的肺和肝疾病。Wave Life Sciences通过设计特定的小分子RNA，针对性地引导细胞内的ADAR酶对特定mRNA上的错配碱基进行精准编辑，从而修正错误的遗传信息，恢复AAT蛋白的正常表达。这一技术的成功应用不仅为AATD患者提供了新的治疗可能，也展现了RNA编辑技术在治疗单基因遗传疾病方面的巨大潜力。

Ascidian Therapeutics的RNA外显子编辑技术

Ascidian Therapeutics则是在RNA外显子编辑技术领域取得了显著进展。他们专注于Stargardt病的治疗研究，这是一种遗传性眼病，会导致中央视觉逐渐丧失。Ascidian Therapeutics开发的RNA编辑策略旨在通过外显子编辑技术，修正导致Stargardt病的基因突变。该公司设计了一种特殊的RNA分子，能够精确识别并剪辑掉含有突变的外显子，同时引导健康的外显子拼接，从而在mRNA水平上恢复正常的蛋白质表达。这一创新技术为Stargardt病乃至其他多基因遗传疾病的治疗提供了新的视角和方法。

Q&A

RNA编辑技术与CRISPR技术相比有哪些优势？

RNA编辑技术与CRISPR技术相比，主要优势在于其更高的安全性和可逆性。由于RNA编辑作用于mRNA层面，不直接修改DNA，因此减少了永久性遗传改变的风险，同时降低了脱靶效应的可能性。此外，RNA编辑的效果是可逆的，为临床应用提供了更多的安全保障。

RNA编辑技术在临床试验中面临哪些挑战？

在临床试验中，RNA编辑技术面临的挑战包括但不限于：确保编辑的精确性和效率、开发高效的递送系统以确保RNA编辑工具能够准确到达目标细胞、评估和优化长期安全性和稳定性。此外，对于不同的遗传疾病，定制化的RNA编辑策略需要大量的研究和验证。

RNA编辑技术的安全性如何？

相较于直接编辑DNA的技术，RNA编辑因其不改变基因组的特性，理论上具有更高的安全性。但是，任何基因编辑技术的安全性都需要通过长期、严格的临床试验来验证。当前，RNA编辑技术的安全性研究正处于积极进行阶段，初步结果表明其在特定条件下具有良好的安全性和耐受性。

RNA编辑技术未来的发展方向是什么？

未来，RNA编辑技术有望在多个领域实现突破性进展，包括但不限于：

治疗更多类型的遗传疾病：通过进一步研究和开发，RNA编辑技术有望治疗更广泛类型的遗传疾病，包括那些目前尚无有效治疗方法的疾病。

个性化医疗：结合个体的遗传信息，开发个性化的RNA编辑治疗方案，为患者提供更精准的治疗选择。

与其他治疗技术的结合：RNA编辑技术与药物治疗、细胞疗法等其他治疗方法的结合，有望为复杂疾病的治疗带来新的策略。

原文链接

https://www.nature.com/articles/d41586-024-00275-6

Lenharo M. Move over, CRISPR: RNA-editing therapies pick up steam. Nature. Published online February 16, 2024. doi:10.1038/d41586-024-00275-6