光激活RNA碱基编辑器用于体内基因治疗

研究背景

    在基因治疗领域，过表达外源基因的策略已取得显著成功，但如何在疾病治疗过程中实现精准、可重复的时空特异性表达仍面临巨大挑战。与DNA编辑相比，RNA编辑无需改变基因组序列，且能够动态、可逆地获得目的蛋白质的合成，这种独特的灵活性使其成为一种极具潜力的精准治疗策略。特别是RNA碱基编辑技术，能够在内源和外源RNA中实现精确的碱基转换，从而激活或抑制特定基因功能，激活或失活蛋白表达。其中，腺苷RNA碱基编辑器因其高效性在疾病治疗中备受关注。该技术以腺苷脱氨酶（ADAR）为核心催化酶，将双链RNA底物中的腺苷（A）转化为肌苷（I）。由于肌苷在结构上与鸟苷（G）相似，在蛋白质翻译过程中可与胞苷（C）配对，从而实现A>G的碱基转换效果。然而，以Cas蛋白融合的外源性ADAR蛋白持续表达，使得该技术在体内难以实现时空特异性，而且会引起较强的RNA脱靶编辑效应。为解决这一问题，研究者开发了小分子和光调控的RNA编辑器，但这些系统仍依赖于持续表达的活性ADAR蛋白，存在编辑效率低、转录组脱靶严重以及ADAR过表达可能引发的致癌风险等局限性。

结果与展望

    华东师范大学李大力课题组开发了一种光激活RNA腺苷碱基编辑器（PA-rABE），该系统由mini dCas13X和光控Magnets系统驱动的分段ADAR2蛋白组成。在蓝光照射下，光敏蛋白二聚化带动分段ADAR2相互靠近恢复脱氨酶活性，从而实现时空特异性的RNA碱基编辑（图1a）。该研究采用的光控分段脱氨酶策略不仅赋予PA-rABE高度的光依赖性，还极大地降低了ADAR蛋白的转录组脱靶效应，有效地规避了过表达外源ADAR蛋白带来的潜在风险。研究结果表明，PA-rABE能灵敏地响应蓝光，具有高度时空特异性和良好的可逆性，能在小鼠体内高效地编辑内源和外源RNA。通过AAV递送，PA-rABE成功修复了B型血友病小鼠的凝血功能（图1b-d），展示了其在精准基因治疗中的应用潜力。

图1. 利用 PA-rABE 光控治疗B型血友病。（a）PA-rABE的工作原理。（b）PA-rABE 治疗B型血友病的工作流程图。（c）测定 aPTT 评估凝血功能。（d）ELISA 评估肝组织中 hF9 蛋白的表达量。

    本研究为精准调控治疗性转基因表达提供了概念验证，因血友病仅需控制凝血因子表达水平，该疾病模型可能无法全面体现PA-rABE在时空特异性基因表达调控方面的优势。未来，PA-rABE可以用于CAR-T细胞治疗，通过激活CAR表达减少非肿瘤组织的毒性，同时调控多种内源基因协助增强CAR-T细胞功能。综上所述，PA-rABE提供了一种兼具高效率、低脱靶且具有高度时空特异性的RNA编辑技术，能精准且可重复性地调控基因表达，在基因治疗和细胞治疗中极具优势。

作者简介

    华东师范大学副研究员李慧莹、博士研究生邱昱皓、硕士研究生宋博闻和权心怡为论文共同第一作者，李大力研究员、刘明耀教授和杜冰教授为共同通讯作者。李大力课题组长期致力于基因编辑技术体系优化与创新和基因治疗策略开发与可行性研究，在该领域相继取得了一系列重要研究结果。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology

DOI: 10.1038/s41587-025-02610-2

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Engineering a photoactivatable A-to-I RNA base editor for gene therapy in vivo

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