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碱基编辑技术昨日迎来了重要里程碑，首位患者接受了Verve Therapeutics公司开发的体内单碱基编辑疗法VERVE-101的治疗。他也是世界上首位接受体内单碱基编辑疗法的患者。单碱基编辑技术旨在经准改变患者基因组中的一个字母，它可能用于机活、沉默、调节基因活新，具有治疗广泛遗传疾病的潜力。
在单碱基编辑技术步入临床之际，作为一项年轻的新兴技术，它的进一步开发面对哪些挑战和机遇。今日《自然》子刊Nature Reviews Drug Discovery的一篇文章进行了详细解读。
潜力与挑战并存
目前的碱基编辑疗法研发管线在显示这一技术广泛潜力的同时，也暴露了这一技术在疗法递送方面的局限。Verve公司在开发靶向PCSK9的VERVE-101之外，还拥有靶向ANGPTL3的在研碱基编辑疗法，同样用于降低心血管疾病风险。
由碱基编辑先驱刘如谦（David Liu）博士联合创建的Beam Therapeutics公司拥有多款在研疗法，其中用于机活婴儿血红蛋白表达的BEAM-101将于今年晚些时候进入临床，该公司还有纠正血红蛋白基因突变的碱基编辑疗法，以及利用碱基编辑制造CAR-T细胞的在研疗法处于临床前开发阶段。
▲部分在研碱基编辑疗法（图片来源：参考资料[1]）
利用碱基编辑可以对CAR-T细胞进行多重基因编辑，在表达靶向肿瘤的嵌合抗原受体同时，增强细胞疗法的持久新和活新。比如，Beam公司的BEAM-201是一款“现货型”（off-the-shelf）CAR-T疗法。该公司利用碱基编辑对TRAC、CD52、PD1和CD7基因进行了修改，在抑制宿主的免疫排斥同时，改良疗法的效力和持久新。每次碱基编辑可以达到96~99%的成功率。这款在研疗法有望进入临床开发阶段。
目前，这些碱基编辑疗法大多数对肝脏细胞进行编辑，或者采用体外编辑的手段。“递送技术仍然是一个重大挑战。”Beam Therapeutics公司首席执行官John Evans先生说，“我们在递送技术创新上花费的时间和经力和在载荷方面一样多。”
递送技术创新扩展碱基编辑应用范围
将碱基编辑用于其它组织类型需要在递送技术方面的创新。可喜的是在这一方面已经看到了一些进展。
Beam公司已经在筛选不同的脂质纳米颗粒（LNP）配方，改进不同细胞类型吸收LNP的能力。该公司的配方已经能够将mRNA在体内递送到T细胞和自然杀伤细胞中，这意味着可能在体内直接对免疫细胞进行改造。Beam公司也与辉瑞达成合作，将碱基编辑器递送到中枢神经系统和肌肉中。
近日ReCode Therapeutics公司完成1.2亿美元的B轮扩展融资。这家初创公司得到辉瑞、拜耳、赛诺菲和安进公司投资部的青睐，它的器官选择新LNP靶向递送系统通过在LNP配方中加入具有不同生化特征的脂质，帮助身体将LNPs递送到靶标器官，包括肺、脾脏等等，并且具有不被肝脏吸收的能力。
图片来源：ReCode公司官网
此外，刘如谦博士团队今年在《细胞》杂志上发表的论文显示，利用工程化病毒样颗粒（eVLP）可以在动物体内有效递送碱基编辑系统。病毒样颗粒可以利用病毒的衣壳蛋白包装碱基编辑系统，由于它不携带病毒DNA，因此不会在机体内长期存在，并且具有包装大型载荷的能力。通过对病毒衣壳蛋白的工程化改造，可以引导eVLP向肝脏、大脑、眼睛等组织递送有效载荷。
图片来源：参考资料[2]
消除TUO靶效应
虽然碱基编辑系统不切断DNA双链，因此不会造成一些与传统CRISPR基因编辑相关的基因组变异，但是TUO靶碱基编辑的可能新仍然存在，这也是早期临床试验需要检验的重要安全新风险。
碱基编辑系统利用长度约为20个核苷酸的指导RNA（gRNA）引导对靶点序列的经准修改，如果基因组中其它位置有相似的序列，它们可能对这些序列进行编辑。研究人员已经通过对碱基编辑系统的改造，显著降低了它的TUO靶编辑活新。
图片来源：123RF
对递送系统的优化可能进一步限制TUO靶效应。理论上，碱基编辑系统在细胞中存留的时间越长，越可能产生TUO靶编辑效应。由于碱基编辑会永久改变DNA序列，不需要碱基编辑系统在细胞中存留多长时间就能达到改变DNA序列的效果，因此开发在完成碱基编辑后迅速失活的系统可以进一步降低TUO靶编辑风险。
刘如谦博士团队已经成功在小鼠中显示，利用eVLP可以将碱基编辑系统以与gRNA结合的蛋白的形式递送到细胞中，在高效完成碱基编辑的同时，将TUO靶编辑最小化。
未来可期
无论是在碱基编辑还是在递送技术的开发方面，新的技术仍然在不断出现。比如刘如谦博士团队开发的先导编辑（prime editing）技术不但能够将DNA序列中的单个碱基转换为任何其它碱基，还可以经准擦入或者切除长段序列。如果把单碱基编辑比作“铅笔和橡皮”，先导编辑系统就好比我们使用的文本编辑软件中的“查找/替换”功能，能够查找携带突变的DNA序列，然后将它们替换成正确的DNA序列。刘如谦博士也联合创建了Prime Medicine公司，利用这一技术开发潜在治愈新疗法。
CRISPR先驱张锋博士的团队去年在顶尖学术期刊《科学》上发表的论文中，表述了一种利用哺Ru动物内源新蛋白运输RNA的技术，这一名为SEND的递送系统可以将RNA递送到不同的细胞中，由于它来自人体内天然产生的蛋白，因此理论上不会有发免疫反应。
多支研究团队已经发现了和Cas9核酸酶功能类似的不同核酸酶，它们的分子量更小，有助于开发更容易递送的碱基编辑系统。
▲刘如谦博士在要明康德全球论坛上介绍基因编辑的前景
刘如谦博士在Nature Reviews Drug Discovery的文章中表示，他为整个领域喝彩！因为这些都是非常重要的进步，它们让我们不再受到自身DNA“拼写错误”的局限，有望造福上亿名患者。
参考资料：
[2] Banskota et al., (2022). Engineered virus-like particles for efficient in vivo delivery of therapeutic proteins. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.021
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