編輯丨王多魚

排版丨水成文

大多數(shù)遺傳疾病源于特定的序列突變，需要精準(zhǔn)修正才能進(jìn)行治療干預(yù)。盡管堿基編輯器（Base Editor）和先導(dǎo)編輯器（Prime Editor）在修正致病突變方面展現(xiàn)出前景，但其臨床應(yīng)用受到個體突變罕見性和多樣性的限制。

靶向基因插入可提供一種通用策略來修正給定基因內(nèi)的所有致病突變，從而提供一種廣泛適用的解決方案。依賴于雙鏈斷裂（DSB）誘導(dǎo)修復(fù)途徑的常規(guī)策略，例如非同源末端連接（NHEJ）和同源定向修復(fù)（HDR），同樣存在若干局限性。基于 NHEJ 的方法通常編輯效率在 1%-5%之間，并且容易出現(xiàn)不可預(yù)測的插入、缺失或重排。盡管 HDR 可利用供體 DNA 模板實現(xiàn)更精確的基因整合，但它主要局限于分裂細(xì)胞，在非分裂或緩慢分裂的細(xì)胞（包括許多臨床相關(guān)細(xì)胞類型）中效率低下。

因此，大片段 DNA 的高效和精準(zhǔn)整合，仍是充分挖掘基因組編輯的治療潛力所面臨的一個重大挑戰(zhàn)。

2026 年 4 月 22 日，武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)研究院張楹教授團(tuán)隊聯(lián)合殷昊教授團(tuán)隊（史亞晶、丁梓怡、吳瑩為論文共同第一作者）在Nature期刊發(fā)表了題為：Quadruple pegRNA enables programmableand efficient large genomic insertion 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種高效的定點基因?qū)懭爰夹g(shù)——QuadPE，能夠以可編程方式高效地將千堿基級 DNA（1.6 kb - 26 kb）插入基因組中。該技術(shù)區(qū)別于整合酶介導(dǎo)的基因插入，QuadPE 無需額外蛋白參與，通過一步法完成整合，顯著提升了插入片段的長度、效率及精準(zhǔn)度，為基因治療提供突破性的新工具。

精確、位點特異性的大片段基因序列插入，對于多種遺傳疾病的治療具有巨大前景。盡管使用 pegRNA 的先導(dǎo)編輯能夠介導(dǎo)靶向整合，但對于超過 300 bp 的有效載荷，其插入效率會急劇下降。

先導(dǎo)編輯能夠在基因組定點高效生成 3' flap 這一關(guān)鍵中間結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊此前發(fā)現(xiàn)，成對使用先到編輯系統(tǒng)可產(chǎn)生一對序列互補(bǔ)的 3' flap，其空間構(gòu)型直接決定編輯結(jié)局：在PAM-out 構(gòu)型中，互補(bǔ)的 3' flap 促進(jìn)兩個切口之間基因組序列的重復(fù)，而在 PAM-in 構(gòu)型中，則可實現(xiàn)目標(biāo)序列的精準(zhǔn)插入，同時刪除兩切口之間的原有基因組片段。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊提出了一種理性設(shè)計的四重 pegRNA 策略——QuadPE，用于高效且可編程地插入大片段 DNA。通過篩選不同的設(shè)計，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，一對基因組靶向的 pegRNA 以 PAM-out 或 PAM-in 方向組合，產(chǎn)生兩條 3' flap（flapA/B）作為引物；另一對線性或環(huán)狀形式的供體靶向的 pegRNA 生成互補(bǔ)的 3' flap（flapC/D），從而引導(dǎo)供體 DNA 片段定點整合至目標(biāo)位點。

QuadPE 系統(tǒng)

利用QuadPE技術(shù)，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了1.6 kb 至 26 kb的大片段 DNA 的穩(wěn)定整合效率，在多個位點的整合效率可高達(dá)40%，且脫靶插入活性極低。

QuadPE在性能上大幅超越了重組酶介導(dǎo)的基因插入系統(tǒng)（PASSIGE 和 PASTE）和轉(zhuǎn)座酶介導(dǎo)的插入系統(tǒng)（CAST），尤其是在整合較大片段 DNA 的情況下，對于 9.5 kb 的超大 DNA 片段的插入，相比 PASSIGE、PASTE 和 CAST，QuadPE 的效率分別提高了 11 倍、61 倍和 12 倍。

值得注意的是，QuadPE 在分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞（例如人類原代 T 細(xì)胞、有絲分裂后神經(jīng)元）中均有效，這確立了 QuadPE 作為一種無需雙鏈斷裂或重組酶即可實現(xiàn)大片段基因插入的強(qiáng)大且精準(zhǔn)的平臺。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10395-w