囊性纤维化（CF）是一种遗传性疾病，会导致某些腺体产生异常浓稠分泌物，造成组织和器官损伤，尤其是肺和消化道器官。自 2019 年以来，囊性纤维化领跑者 Vertex 旗下的三联疗法 Trikafta 显著改善了患者的生活质量。不过，这种鸡尾酒疗法可能会引发白内障和肝损伤等副作用，且需要每日服用，每年花费也达到 30 万美元。
在此背景下，麻省理工学院和哈佛大学博德研究所以及爱荷华大学的研究人员提出了一种基因编辑疗法，可以精确持久纠正人类肺细胞中导致囊性纤维化的最常见突变，将细胞功能恢复到与接受 Trikafta 相似的水平，有潜力成为一种副作用更少的一次性治疗方法。
这种方法基于先导编辑（Prime Editing），并对 PE 系统进行了系统性优化，包括工程化 PE 向导 RNA、PEmax 结构、显性负错配修复蛋白的瞬时表达、策略性沉默编辑、PE6 变体等等。
本研究通讯作者刘如谦指出，“我们希望利用先导编辑纠正囊性纤维化的主要致病突变，从而开发出一次性、永久治疗这种严重疾病的新疗法。有效纠正这种突变的策略也为优化先导编辑、精确纠正导致多种严重遗传疾病的不同突变提供了可能。”
囊性纤维化是由于编码囊性纤维化跨膜传导调节因子的 CFTR 基因发生致病突变导致，这种突变会损害细胞膜中将氯离子泵出细胞的离子通道。CFTR 基因已知有 2,000 多种突变，其中 700 种突变是致病突变。最常见的是三碱基对 CTT 缺失，这会导致离子通道蛋白错误折叠和降解。
领域内一直在通过基因编辑工具纠正这些突变，不过大多数的尝试还不够高效，或者利用CRISPR/Cas9 等编辑工具会引发 DNA 双链断裂，这一过程可能会引发潜在的基因突变和毒性。PE 被认为非常适合纠正致病突变，在最新的研究中，刘如谦团队通过优化先导编辑纠正囊性纤维化的致病突变。先导编辑技术是刘如谦实验室于 2019 年开发的新一代基因编辑系统，其可在基因组中插入、删除和替换长达数百个碱基对，无需 DNA 双链断裂（DSB）即可精准编辑基因组，几乎不会产生副产物。
具体来说，为了更有效纠正 CFTR 突变，刘如谦团队结合了 6 种不同的技术改进，这些改进包括工程化 PE 向导 RNA，它可以编程先导编辑蛋白找定位目标并进行特定编辑，以及修改先导编辑蛋白本身等等。
在试验中，研究人员发现经优化的系统可将永生化支气管上皮细胞中 CFTR F508del 的纠正效率提高到 58%，效率提高了 140 倍，以前在细胞中的纠正效率不到 1%，该工具在患者来源的气道上皮细胞中的纠正效率也达到了 25%。与使用 Cas9 核酸酶的方法相比，新方法每次编辑产生的非必要插入和缺失也减少了 3.5 倍。此外，这种升级版的先导编辑工具也使原发气道细胞中的 CFTR 离子通道功能恢复到野生型水平的 50% 以上，与接受三联疗法 Trikafta（elexacaftor、tezacaftor 和 ivacaftor 联合治疗）所实现的效果相似。
接下来，该团队表示还需要开发包装和递送先导编辑工具进入小鼠呼吸道甚至是人呼吸道的递送载体，比方说可递送至小鼠肺部的脂质纳米颗粒将有助于这种新型疗法的转化工作。
参考链接：
https://www.broadinstitute.org/news/prime-editing-efficiently-corrects-cystic-fibrosis-mutation-human-lung-cells
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01233-3
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