2024年11月11日，中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心孫怡迪研究組聯合周昌陽研究組，與深圳農業基因組研究所左二偉研究組等多家機構的科研人員合作在Genome Biology上發表了文章Adenine base editors induce off-target structure variations in mouse embryos and primary human T cells，揭示了腺嘌呤鹼基編輯器（Adenine Base Editor，ABE）在小鼠胚胎和原代人T細胞中引發脫靶結構變異的現象。該研究為基因編輯技術的安全性提供了新的重要資料，對未來的臨床應用具有深遠影響。
單鹼基編輯器作為新一代基因編輯工具，因其能夠在不引發DNA雙鏈斷裂的情況下實現精準的鹼基轉換，受到廣泛關注。然而，關於其潛在的脫靶效應，尤其是結構性變異，一直缺乏系統性的研究。此次，研究團隊透過全基因組測序和單細胞RNA測序等技術手段，深入分析了ABE、CRISPR/Cas9和CBE （胞嘧啶鹼基編輯器） 在小鼠胚胎和人類T細胞中的脫靶效應。
結果顯示，ABE和CRISPR/Cas9在小鼠胚胎中均引發了顯著的脫靶結構變異，包括染色體缺失和易位等；而CBE引發的結構變異相對較少。在原代人T細胞中，研究發現使用ABE後，有9.17%的細胞出現了染色體異常，而使用CRISPR/Cas9的這一比例更高，達到32.74%。更令人關注的是，這些染色體異常細胞在編輯後3周內仍然存在，提示了潛在的長期安全性風險。
進一步的分析表明，ABE引發的脫靶結構變異主要與其脫氨基酶活性有關，而非單鏈嚮導RNA （sgRNA） 的依賴性。這意味著傳統的最佳化sgRNA序列的方法可能無法完全消除ABE的脫靶效應。為了解決這一問題，研究團隊嘗試了高保真版本的ABE （ABE8e-V106W） ，結果發現脫靶效應顯著降低，但仍未完全消除。
在功能影響方面，CRISPR/Cas9引發的染色體異常細胞中，p53和凋亡相關通路顯著上調，可能導致細胞死亡。而ABE引發的異常細胞則表現出細胞週期相關基因的顯著上調，細胞停滯在G0期，提示其對細胞增殖和功能可能產生影響。
該研究為鹼基編輯器的安全性評估提供了重要的科學依據，強調了在臨床應用中需謹慎考慮脫靶結構變異的風險。研究人員呼籲，未來應進一步開發和最佳化高保真的基因編輯工具，以降低潛在的脫靶效應，確保基因編輯技術的安全應用。
中國科學院腦科學腦科學與智慧卓越創新中心的吳壘磊博士，益傑立科生物科技有限公司的姜書譚博士和史梅松作為共同第一作者。中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心孫怡迪研究員和周昌陽研究員、深圳農業基因組研究所左二偉研究員為該論文的共同通訊作者。
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03434-0
製版人：十一
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