“我們打造了首個真正意義上的‘RNA 手術刀’，這一創新實現了對於靶標 RNA 讀碼框的精準改寫，支援任意長度的短片段刪除，為臨床複雜突變的修復提供了新的解決方案。”中山大學教授張銳表示。日前，他和團隊開發出一款名為 SCISSOR 的新型 RNA 編輯工具。
（來源：Science）
SCISSOR 最直接的應用場景是用於基因治療領域，因為其首次實現了在 RNA 層面修改讀碼框編輯的能力。這一技術能夠直接修正蛋白質編碼基因中的致病移碼突變。目前，移碼類遺傳疾病少有基因編輯工具可以修復，所以他們希望 SCISSOR 能為這類遺傳病帶來新的治療方案。
此外他們認為在癌症免疫治療領域，SCISSOR 也展現出巨大的潛力。比如，近期 Nature 報道了多項新抗原癌症疫苗的臨床資料，證明了其在多種癌症中的強大抗腫瘤能力。然而，傳統的 mRNA 癌症疫苗技術需要對患者腫瘤樣本進行深度測序分析，併合成個性化的腫瘤疫苗，這不僅成本高昂耗時，還可能受到新抗原免疫原性不穩定性的影響。
相比之下，SCISSOR 透過精準改變 mRNA 讀碼框，可以在腫瘤特異性表達基因中引入移碼突變，生成具有高免疫原性的新抗原。因此透過與 mRNA 疫苗的結合，SCISSOR 有望開發出適用於不同癌症患者的通用型疫苗，或將重塑腫瘤免疫治療格局。
透過“欺騙”尺子，讓原本“死板”的“分子尺子”變靈活
據介紹，基因編輯作為近年來生命科學中最重要的技術之一，在疾病治療，尤其遺傳疾病、各類慢性病和腫瘤治療中有無限的潛能和優勢。
可以預見的是，在未來 5-10 年傳統的遺傳疾病和罕見病治療，以及一些威脅人類健康的慢性病、老年病和腫瘤的治療理念將被徹底顛覆，基於基因編輯的醫療在不遠的將來有望幫助到無數病患者。
基因編輯根據靶標不同，可以分為 DNA 編輯和 RNA 編輯。目前最流行的基於 CRISPR-Cas9 的 DNA 編輯技術帶來的是永久水平的遺傳物質的改變，在 DNA 和 RNA 水平都有一定的脫靶效應，因此在臨床應用和藥物開發方面針對不同型別的疾病還需要不斷的最佳化和摸索。
相對於 DNA 編輯，RNA 編輯在 RNA 水平修復突變，不改變基因組序列、可逆可控，並具有更安全的特性，在某些疾病場景下有巨大的優勢。
因此，該實驗室致力於開發 RNA 層面的各種 RNA 靶向編輯工具，用於致病突變修復，以及在 RNA 的各個層面調控致病基因。
新冠疫情之前，張銳實驗室主要集中在 ADAR 蛋白內源性 A-to-I RNA 編輯的基礎研究。但是，新冠的爆發讓張銳開始對自己實驗室的基礎研究到底能夠在多大程度上對人類健康有促進作用有了更多的思考。
圖｜張銳（來源：張銳）
特別是 mRNA 疫苗的研發觸動了張銳對於 RNA 療法的思考，所以 2021 年張銳實驗室下決心開始從事靶向 RNA 編輯領域的技術開發和其潛在的臨床應用。
其希望能把實驗室之前對 ADAR 和 RNA biology 的理解應用到靶向 RNA 編輯領域。因此，他們從最開始基於招募內源 ADAR 的單鹼基 RNA 編輯，逐漸擴充套件到各式各樣的 RNA 編輯工具的開發。
相較於 DNA 編輯，RNA 編輯避免了遺傳資訊的永久改變，具有可逆性與可控性的特點，這極大地提升了基因編輯技術的安全性。因此，在張銳看來，RNA 編輯最大的應用場景就是疾病治療。
具體再到 SCISSOR 技術的研究背景，因為目前靶向 RNA 編輯的研究絕大多數都集中在單鹼基 RNA 編輯工具的開發和最佳化，但是很多遺傳疾病或者腫瘤上的突變都是移碼突變。這種型別的突變無法用現有的單鹼基 RNA 編輯工具修復。
因此，他們一直希望開發更為靈活的 RNA 編輯系統，希望它能像 DNA 編輯領域中的 prime editing 系統那樣強大。圍繞這一目標，他們開展了許多嘗試。但是，由於 RNA 和 DNA 不一樣，導致他們缺乏對 RNA 內源性的修復機制的瞭解，所以進展頗為緩慢。
直到 2023 年一篇預印本論文揭示了 III 型 CRISPR-Csm 複合體可透過內源 RTCB 酶實現 RNA 剪下後的原位連線。但是，這篇文章中的 Csm 複合物在細胞內刪除的長度被嚴格限制為 6 個鹼基的倍數。CSM 複合物把 gRNA 當作一把“尺子”，有著非常固定的刻度來規定 CSM 的切割位置。這把“尺子”要求只能對 6、12、18 個鹼基這種固定長度進行切割，這與臨床上需求千變萬化的編輯長度不相符，應用場景也非常窄。
他們意識到，若能改變 CRISPR-Csm 的靶向切割方式，或能突破 RNA 靈活編輯的瓶頸。為解決這一問題，他們決定採用一種“欺騙”尺子的策略。如果透過結構設計使 gRNA 和靶標無法完全配對，就如同把“尺子”架在凹凸不平的地面上測量，自然會產生刻度偏差。
例如，原本要切割 6 個鹼基的位置，因為一個凸起結構的干擾，實際可能切割 5 個或者 7 個甚至更大的數目的鹼基。透過精心設計這些特殊的結構，他們終於讓這把原本“死板”的“分子尺子”變得靈活起來，這便是 SCISSOR 技術的核心思想。
（來源：Molecular Cell）
正在針對 SCISSOR 系統進行深度最佳化
事實上，他們從 2021 年開始進入靶向 RNA 編輯領域這個領域，最開始開展了許多嘗試，但是大多數嘗試都以失敗告終，不管是單鹼基 RNA 編輯方面的課題還是靈活編輯 RNA 的課題都幾乎“顆粒無收”。
比如這篇論文中其中一名一作學生最開始嘗試三個課題都沒有成功。但是，大家一直沒有放棄嘗試，並且隨著對於相關領域越來越熟悉，他們產生了自己的見解。
所以當 2023 年那篇預印本論文出來時，也是上述學生把論文第一時間分享出來，然後他們基本在 2 天后就決定嘗試新課題。隨後，該實驗室的一名研一學生進行初步實驗，並在預實驗之中取得成功。接著幾個學生一起努力，不到一年便成功開發出 SCISSOR，走出了構建 RNA prime editing 體系的關鍵一步。
日前，相關論文以《型別 III CRISPR 介導的柔性 RNA 切除，使用工程化引導 RNA》（Type III CRISPR-mediated flexible RNA excision with engineered guide RNAs）為題發在 Molecular Cell（IF 14.50）。
該團隊的研究生孫遠帆、吳英尹、何梓華、王燚瑩及侯文豪是共同第一作者，張銳擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Molecular Cell）
值得一提的是，就在今天本次論文的兩位共同第一作者參加了美國哈佛醫學院的“基因編輯一作論壇”並介紹了本次成果。
後續，他們希望聚焦以下三大方向，加速 SCISSOR 技術的突破與應用。
首先，他們希望實現效率提升。眼下，他們正在對 SCISSOR 系統進行深度最佳化，希望提高其編輯效率。
其次，他們將打造智慧設計平臺，其希望能夠透過產生大量 gRNA 切割的資料，集合深度學習演算法，開發 gRNA 智慧設計平臺，最終只需輸入目標基因序列，即可自動生成最優 gRNA 設計方案，使其能夠更容易的用於科研和轉化研究。
最後，其將開展在體編輯。因為 SCISSOR 系統較大，無法透過病毒載體進行遞送，他們將重點發展基於 LNP 遞送 SCISSOR mRNA 和 gRNA 的 RNA 編輯策略，在細胞和體內實現 RNA 切除。具體來說，該團隊希望利用靶向肝臟，肺部和腫瘤細胞的 LNP 遞送載體，探索 SCISSOR 在生物體內的最佳編輯方案。在遺傳疾病方面，他們希望可以靶向諸如肝豆狀核變性或者囊性纖維化遺傳病的移碼突變，修復其功能。在腫瘤免疫治療方面，他們預計今年將實現 SCISSOR 介導的新抗原抗腫瘤療法在小鼠模型中的驗證，為臨床應用邁出關鍵的一步。
參考資料：
1.Sun, Y., Wu, Y., He, Z., Wang, Y., Hou, W., Cao, Y., … & Zhang, R. (2025). Type III CRISPR-mediated flexible RNA excision with engineered guide RNAs. Molecular Cell, 85(5), 989-998.
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