CRISPR/Cas 系統(tǒng)因其高度的易用性與多功能性，已成為基因組工程領(lǐng)域的革命性工具。催化失活型 Cas 變體（ dCas ）進(jìn)一步拓寬了該系統(tǒng)在基礎(chǔ)遺傳學(xué)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用潛力，同時(shí)避免了 DNA 斷裂所引發(fā)的基因組不穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。其中，基于 CRISPR-dCas 的轉(zhuǎn)錄激活系統(tǒng)（ CRISPRa ） 正 被廣泛應(yīng)用于疾病模型的構(gòu)建和潛在的基因治療策略開(kāi)發(fā)中，是推動(dòng)分子生物學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要工具。

然而，當(dāng)前主流的 CRISPRa 系統(tǒng)多基于 dCas9 或 dCas12a ，編碼序列較長(zhǎng)（約 4-5.5 kb ），限制了其在腺相關(guān)病毒 （ AAV ）等體內(nèi)遞送載體中的應(yīng)用，也難以滿(mǎn)足復(fù)雜組織環(huán)境中對(duì)基因進(jìn)行精準(zhǔn)、可控調(diào)節(jié)的需求。雖有研究探索基于微型 Cas12f 的 CRISPRa 系統(tǒng)，但其激活效率與調(diào)控能力仍有 較大 局限，尚處于早期開(kāi)發(fā)階段。

針對(duì)這一 挑戰(zhàn) ， 2026 年 1 月 8 日，華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、上海市調(diào)控生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)研究中 心的葉海峰團(tuán)隊(duì)在 Nature Communications 上發(fā)表題目為

A compact and inducible dCas12f-based CRISPRa platform for programmable

in vivo

gene activation

圖 1 HEAL 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其治療應(yīng)用

HEAL 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈感源自 微型 基因編輯 工具 Cas12f-ge4.1 ，該系統(tǒng) 基于 超緊湊的 Un1Cas12f1 蛋白 ，適用于 AAV 介導(dǎo)的體內(nèi)應(yīng)用 。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)研究人員首先對(duì) sgRNA 骨架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，嵌入 噬菌體來(lái)源的 MS2 莖環(huán)結(jié)構(gòu)， 以 高效招募與 RNA 結(jié)合蛋白 （ MCP ）融合 的 轉(zhuǎn)錄激活因子 （ p65-HSF1 ） 。隨后， 通過(guò) 對(duì) dCas12f 蛋白進(jìn)行工程化改造，增強(qiáng)其 DNA 結(jié)合能力與核定位效率， 大幅 提升 了 系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)錄 激活強(qiáng)度。最終構(gòu)建的 HEAL 系統(tǒng) 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中展現(xiàn)出超越 傳統(tǒng) dCas9/dCas12a 系統(tǒng) 的強(qiáng)大激活性能，可實(shí)現(xiàn)超十萬(wàn)倍 的內(nèi)源基因激活， 并 可 通過(guò) 單 個(gè) AAV 載體 完成 遞送。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時(shí)空調(diào)控 ， 團(tuán)隊(duì)基于前期開(kāi)發(fā)的紅光誘導(dǎo) REDLIP 系統(tǒng)構(gòu)建了光控 HEAL 系 統(tǒng)（ OptoHEAL ）。該系統(tǒng)通過(guò)紅光調(diào)控 RNA 結(jié)合蛋白與轉(zhuǎn)錄激活因子的二聚化， 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和小鼠肝臟中實(shí)現(xiàn)了 對(duì)目標(biāo)基因的 光照 依賴(lài)性 高效 激活 。

為拓展應(yīng)用場(chǎng)景、擺脫外部設(shè)備依賴(lài)，研究人員還開(kāi)發(fā)了小分子誘導(dǎo)的 HEAL 系統(tǒng)（ ChemHEAL ）。通過(guò)將 RNA 結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄激活因子分別與 小分子誘導(dǎo)的二聚化蛋白融合 ，成功構(gòu)建 了 四種可由臨床 安全小分子調(diào)控的 轉(zhuǎn)錄激活 系統(tǒng) 。

圖 2 單 AAV 遞送 HEAL 系統(tǒng)緩解急性腎損傷 小鼠 癥狀

為驗(yàn)證其治療潛力，研究團(tuán)隊(duì)利用單個(gè) AAV ，將靶向 I l 10 基因的 HEAL 系統(tǒng)遞送到急性腎損傷 小鼠 肝臟，成功 激活 內(nèi)源 I l 10 的表達(dá) 后，顯著 緩解 了小鼠的 腎損傷 癥狀(圖2)。

圖 3 Chem HEAL 系統(tǒng) 對(duì) 肥胖 小鼠 體重 的 控制效果

此外，將靶向 Tslp 基因 的 ChemHEAL 系統(tǒng)遞送到肥胖 小鼠 肝臟中，研究實(shí)現(xiàn)了通過(guò)小分子藥物控制 Tslp 表達(dá)，從而有效降低了 肥胖小鼠的體重(圖3)。

綜上所述，本研究開(kāi)發(fā)的HEAL平臺(tái)作為一種微型、高效、可控的CRISPRa系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)CRISPRa載體尺寸大、難以通過(guò)單載體AAV遞送的關(guān)鍵限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)源基因的高效體內(nèi)激活，并可通過(guò)紅光/小分子雙開(kāi)關(guān)進(jìn)行精確調(diào)控。該平臺(tái)在基因功能研究、疾病模型構(gòu)建及未來(lái)精準(zhǔn)基因治療中展現(xiàn)出重要潛力，為發(fā)展下一代可控式基因治療策略提供了有力的技術(shù)支撐 。

該論文的通訊作者為華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院葉海峰研究員 和管寧子副研究員 。博士研究生 萬(wàn)航、 博士后 孔德強(qiáng)和 博士研究生 嚴(yán)濤 為共同第一作者。

文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68183-5

制版人： 十一

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