复旦大学团队研究利用一种具有超高保真度和广泛兼容性的Cas9变体靶向转甲状腺素蛋白

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Sci Adv：复旦大学甘建华等团队研究利用一种具有超高保真度和广泛兼容性的Cas9变体靶向转甲状腺素蛋白" j! y; X1 y, u3 Y
1.        转甲状腺素蛋白（TTR）
* ?* N' k6 S' u2 E! J3 s2.        获得性ATTR淀粉样变性
# c0 H) W: i: ~3.        野生型SpCas9
1 Q- j# ?5 X& I: b+ }来源：iNature 2026-01-20 11:36
8 y6 a0 |+ P- i% Y7 j. f) }本研究提示SpCas9-Mut5是用于TTR基因编辑的优异候选工具。除ATTR淀粉样变性外，SpCas9-Mut5及其衍生的ABE系统有望广泛应用于其他疾病的治疗。
1 J3 l, y" O3 g! X6 r" p- G淀粉样转甲状腺素蛋白（ATTR）淀粉样变性是一种由错误折叠的转甲状腺素蛋白积聚引起的致命性疾病。尽管利用CRISPR-Cas9技术敲除TTR基因是治疗ATTR淀粉样变性的一种潜在策略，但其效率与安全性仍需进一步研究。$ t3 H* I0 r2 u% n
2026年1月2日，复旦大学甘建华和石药集团李春雷，苏晓晔共同通讯在Science Advances在线发表题为Targeting transthyretin by one Cas9 variant with superfidelity and broad compatibility的研究论文。该研究报道了一项基于SpCas9的TTR基因编辑的系统性研究。除目标位点外，野生型SpCas9及已报道的变体均引发了广泛的脱靶编辑。为提高编辑保真度，作者进行了结构分析并设计了一系列SpCas9变体。
" w" H0 O# I% l: }  `研究表明，SpCas9-Mut5是一种超高保真度变体，其在未显著削弱靶向编辑活性的前提下，仅诱导极低水平的脱靶编辑与核转位。SpCas9-Mut5可与腺嘌呤碱基编辑器（ABE）系统兼容，显著减少脱靶编辑并缩小编辑窗口。综上所述，本研究提示SpCas9-Mut5是用于TTR基因编辑的优异候选工具。除ATTR淀粉样变性外，SpCas9-Mut5及其衍生的ABE系统有望广泛应用于其他疾病的治疗。4 z, P3 F3 H2 @" u  y) ^

; ?1 M7 Y1 A% G+ `3 ^% U6 d  F转甲状腺素蛋白（TTR）由位于染色体18q12.1的TTR基因编码，在人体中高度保守。野生型（WT）TTR蛋白以同源四聚体形式存在，其中心有一个狭窄的疏水通道。该中心通道使TTR能够结合并转运甲状腺激素甲状腺素。+ Y: d/ r& Y3 |6 X5 s$ q& n; {. M) R( D
通过与视黄醇结合蛋白4结合，TTR也参与维生素A的转运。鉴于甲状腺素和维生素A具有重要的生理功能，TTR在过去已得到广泛研究。虽然TTR主要在肝脏合成，但也可在朗格汉斯细胞、内脏卵黄囊、视网膜色素上皮、睫状体色素上皮、心脏、骨骼肌、脾脏、胃、肠道及脑膜中合成。近期研究表明，TTR存在于多种神经元类型中，包括背根神经节、海马神经元和运动神经元。
8 \5 V4 [" u. ^3 T; u' \/ P2 aTTR与转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR）密切相关，这是一种以错误折叠的TTR蛋白在组织中（主要是心脏和神经）沉积为特征的致命性疾病。目前公认，ATTR淀粉样变性可由野生型和变异型TTR共同引起。这些变异源于TTR基因多个区域的突变。& s# Q3 K+ j4 f# [5 t0 w9 Z) J+ W& E( f
在已知的TTR变异体中，仅有少数能增强TTR的四聚体组装并具有保护作用，而绝大多数会促进TTR四聚体结构的解离并具有致病性。由野生型TTR衍生的ATTR（ATTRwt）淀粉样变性也称为获得性ATTR淀粉样变性。
( l! _) y& g* n* |1 Y尽管ATTRwt淀粉样变性的潜在机制尚不清楚，但其呈散发性，主要影响老年男性，导致心肌病和心力衰竭。变异型TTR相关的ATTR淀粉样变性通常是遗传性的，因此称为遗传性ATTR（hATTR）淀粉样变性，可由超过100种不同的TTR变异体引起。hATTR淀粉样变性的主要临床表现包括淀粉样心肌病或多发性神经病，但大多数患者两者兼有。
$ e8 \' D' D: A4 L2 I+ c据报道，全球有高达50万人受ATTRwt淀粉样变性影响，而hATTR淀粉样变性影响约5万人。症状出现后，患有淀粉样多发性神经病但无心肌病的患者生存期为4至17年。对于患有心肌病的患者，中位生存期仅为2至6年。
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SpCas9变异的表征（图片源自 Science Advances ）
) M) A  G$ r: @( z& g; _为治疗ATTR淀粉样变性，临床上已开发多种策略。总体而言，主要有两种方法：（i）增强TTR稳定性；（ii）减少TTR产生。辉瑞公司开发的Vyndamax有助于稳定TTR的四聚体结构以治疗ATTR淀粉样变性。小干扰RNA和反义寡核苷酸技术被用于抑制TTR合成。
9 n8 n  O  p7 I$ T* ]4 r# d此外，抗体被用于清除TTR单体或错误折叠的TTR淀粉样沉积物。虽然这些治疗干预措施能改善症状并延长生存期，但需要长期给药。/ B& b9 t2 J( F
另一种通过减少TTR产生来治疗ATTR淀粉样变性的策略是利用CRISPR-Cas9系统敲低TTR基因。研究表明，单次施用基于CRISPR-Cas9的体内基因编辑疗法NTLA-2001，可导致野生型和变异型TTR的产生均大幅减少。在已知的Cas9蛋白中，化脓链球菌Cas9（SpCas9）是CRISPR-Cas9介导的基因组编辑中最广泛使用的。然而，除靶位点外，SpCas9也可能在非预期位点切割，导致全基因组范围的脱靶突变。! i. {" O" E* K- _" G
一些变体，如SpCas9-HF1、SpCas9-HF4和HiFiCas9，表现出极低的脱靶活性，在先前研究中被视为高保真Cas9变体。SpCas9包含两个核酸内切酶结构域，RuvC和HNH，各自切割双链DNA（dsDNA）的一条链以形成双链断裂（DSBs）。虽然DSBs对于破坏靶基因是必要的，但它们可能诱发非预期的结构变异，特别是染色体易位，这对基因组完整性构成相当大的威胁。为避免DSB形成并提高基因编辑的安全性，多种工程化基因编辑器已被开发并用于大量研究。在著名的腺嘌呤碱基编辑器（ABE）8e中，SpCas9的RuvC结构域引入了Asp10→Ala（D10A）突变。
: U: T, b) B$ ~0 w突变的Cas9蛋白仅能切割一条DNA链，而非同时切割两条链。随后在DNA复制过程中，单链DNA（ssDNA）片段中的腺嘌呤残基被TadA蛋白编辑并转化为鸟嘌呤。尽管具有增强保真度的SpCas9变体显示出高安全性，但它们在ATTR淀粉样变性背景下的应用尚未得到系统研究。为填补这一空白并促进高保真SpCas9变体的临床转化，作者开展了本研究。
: M% h. [" e& }5 h- f/ f2 \7 @8 z在此，作者报告了一项系统研究，证明野生型SpCas9能够靶向TTR基因的不同区域，为位点特异性TTR编辑提供了坚实基础。尽管实现了显著的TTR蛋白敲低，但野生型SpCas9、SpCas9-HF1、SpCas9-HF4和HiFiCas9均诱导了相当数量的脱靶编辑。为进一步提高SpCas9的保真度，作者设计了多种新的SpCas9变体。在人类细胞系、人源化小鼠模型和食蟹猴模型中的研究证实，SpCas9-Mut5变体是TTR基因编辑的优异工具。! ~' }9 P0 |' s
除TTR外，SpCas9-Mut5也可用于编辑其他疾病相关基因，并为ABE基因编辑系统提供了更精确的编辑窗口。8 c; d6 n' K* b9 [
原文链接：8 D  J* y# }, q( i' G$ e3 @  B6 c
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu6505
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