来源 | 生物世界
先导编辑（Prime Editing，PE）是刘如谦团队于 2019 年开发的一种强大的新型精准基因编辑技术，先导编辑能够实现对目标基因序列的替换、删除和插入，这种多功能性使先导编辑系统特别有希望用于治疗人类的各种遗传疾病。
先导编辑器（Prime Editor）是一种工程蛋白，由一个 DNA 切口酶（Cas9 nickase）和一个工程逆转录酶（RT）组成的融合蛋白，在 pegRNA 引导下靶向编辑目标基因位点。而且其编辑过程不依赖于 DNA 双链断裂或供体 DNA 模板，因此，相比 CRISPR-Cas9 等基因编辑技术更安全。
要想充分实现先导编辑系统在研究和治疗中的潜力，就需要安全且高效地将其递送到体内特定组织中。目前已有几项研究通过病毒递送系统进行了先导编辑器的体内递送。然而，最常用的体内基因递送系统——腺相关病毒（AAV）的无法装载先导编辑器，需要将其分拆为两部分，使用两个 AAV 载体分别递送，这降低了体内基因编辑效率。此外，基于病毒载体的递送系统还存在潜在的安全风险，包括持续转基因表达导致的脱靶编辑增加，以及向宿主基因组整合的风险。
非病毒递送载体，例如脂质纳米颗粒（LNP），通过递送先导编辑器的 mRNA，避免了其中一些问题，但其向体内肝脏以外组织的靶向递送仍是一个未被解决的挑战。
2024 年 1 月 8 日，刘如谦（David Liu）团队在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Engineered virus-like particles for transient delivery of prime editor ribonucleoprotein complexes in vivo 的研究论文。
该研究开发了用于递送先导编辑器的工程化类病毒颗粒系统——PE-eVLP，能够向体内递送核糖核蛋白（RNP）形式的完整先导编辑系统，进行瞬时先导编辑，在人类细胞中进行了高效先导编辑，在两个遗传性失明小鼠模型中实现了体内碱基编辑并恢复了部分视觉功能。
该研究优化的 PE-eVLP 系统支持体内瞬时先导编辑，还能减少脱靶编辑、避免基因整合带来的潜在致癌性，增强了先导编辑的安全性。
刘如谦教授表示，基因编辑领域普遍认为，未来基因编辑机制应该最终以蛋白质的形式递送，以最大限度地减少潜在副作用，而这项研究展示了一种有效的方法。目前实验室正在继续积极致力于改进 eVLP，并调整该递送载体以靶向体内其他组织。
2022 年 1 月，刘如谦团队在 Cell 期刊发表论文【3】，开发了一种工程化类病毒颗粒（Engineered virus-like particles，eVLP），能够克服基因编辑器递送的多个瓶颈，成功递送了碱基编辑器（Base Editor）并在小鼠体内实现高效基因编辑。
因此，eVLP 可作为一种有潜力的治疗性大分子递送载体，它结合了病毒递送载体和非病毒递送载体的关键优势，能够将基因编辑工具递送到细胞和体内器官中，实现高效基因编辑，且具有最低的脱靶效应，安全性很高。
作为体内先导编辑（PE）递送的候选载体，eVLP 相比其他递送载体具有几个显著优势：
1、eVLP 不受严格的递送货物大小限制，因此不需要将先导编辑器进行分拆递送；
2、eVLP 可以直接包装递送核糖核蛋白（RNP）形式的基因编辑器，从而进行瞬时基因编辑，可有效减少脱靶编辑的频率；
3、eVLP 完全由蛋白质自组装形成，不含 DNA，避免了不必要的病毒遗传物质整合到宿主细胞基因组的风险；
4、eVLP 可以通过不同的糖蛋白进行假病毒化修饰，从而实现对器官或细胞的特异性靶向。
在这项最新中，刘如谦团队开发了一种递送先导编辑的工程化类病毒系统——PE-eVLP，PE-eVLP 可以将完整的先导编辑系统以核糖核蛋白（RNP）形式进行体内递送。在刘如谦团队之前开发的递送碱基编辑的工程化类病毒系统 BE-eVLP 中，简单地将碱基编辑器（BE）替换为先导编辑（PE），能够产生非常低编辑效率（在培养的哺乳动物细胞中编辑效率 <1%）。
通过系统地识别 PE-eVLP 递送瓶颈并设计相应的解决方案，研究团队开发了第三代 v3 PE-eVLP，与 v1 PE-eVLP 相比，其在小鼠脑神经瘤细胞（Neuro-2A 细胞）中的先导编辑效率提高了 79 倍，在人类 HEK293T 细胞中的编辑效率提高了 170 倍。
接下来，研究团队进行了小鼠体内实验，单次视网膜下注射 v3 PE-eVLP，可在小鼠体内实现高效先导编辑，在 rd6 视网膜色素变性小鼠模型中纠正了 Mfrp 基因的 4bp 缺失（平均编辑效率为 15%），并在 Leber 先天性黑蒙（LCA）2 型的 rd12 小鼠模型中替换了 Rpe65 基因突变（平均编辑效率为 7.2%），从而部分恢复了它们的视觉功能。该研究还显示，PE-eVLP 还可以有效地编辑活体小鼠大脑中的基因。
总的来说，该研究开发的 PE-eVLP 系统，作为一种新的非病毒递送系统，能够支持体内瞬时先导编辑，还能减少脱靶编辑、避免基因整合带来的潜在致癌性，增强了先导编辑的安全性。
值得一提的是，2023 年 10 月份，刘如谦教授曾在第七届 Chardan 遗传医学年会上表示，将在 2024 年进行先导编辑的首次临床试验。
刘如谦教授创立的先导编辑公司 Prime Medicine 在其官网上共列出了 18 个研发项目，目前进度最快的是治疗慢性肉芽肿病（CGD）的疗法，处于 IND 申报阶段。这是一种 X 染色体连锁隐性遗传疾病，患者反复发生全身各部位的化脓性感染，严重者会发生败血症而危及生命。临床前研究显示，先导编辑精确修复了慢性肉芽肿病（CGD）患者的 CD34+造血干细胞的致病突变，编辑水平超过 92%，并恢复了这些细胞后代的 NADPH 氧化酶活性和髓细胞功能。
此外，Prime Medicine 还有 3 个项目处于先导优化阶段，分别用于治疗威尔逊氏症（Wilson's Disease，WD），使用脂质纳米颗粒（LNP）递送；视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa，RP），使用腺相关病毒（AAV）递送；弗里德赖希共济失调（Friedreich’s ataxia，FA），使用腺相关病毒（AAV）递送。
论文链接：
1. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4
2. https://www.nature.com/articles/s41587-023-02078-y
3. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01484-7
转自：“丁香学术”微信公众号
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