11月11日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙怡迪研究组联合周昌阳研究组，与深圳农业基因组研究所左二伟研究组等多家机构的科研人员成功揭示了腺嘌呤碱基编辑器（Adenine Base Editor，ABE）在小鼠胚胎和原代人T细胞中引发脱靶结构变异的现象。这一研究成果发表在国际知名期刊《Genome Biology》上，论文题为“Adenine base editors induce off-target structure variations in mouse embryos and primary human T cells”。该研究为基因编辑技术的安全性提供了新的重要数据，对未来的临床应用具有深远影响。
单碱基编辑器作为新一代基因编辑工具，因其能够在不引发DNA双链断裂的情况下实现精准的碱基转换，受到广泛关注。然而，关于其潜在的脱靶效应，尤其是结构性变异，一直缺乏系统性的研究。此次，研究团队通过全基因组测序和单细胞RNA测序等技术手段，开发了基于贝叶斯模型的高灵敏度脱靶检测方法，深入分析了ABE、CRISPR/Cas9和CBE（胞嘧啶碱基编辑器）在小鼠胚胎和人类T细胞中的脱靶效应。 结果显示，ABE和CRISPR/Cas9在小鼠胚胎中均引发了显著的脱靶结构变异，包括染色体缺失和易位等；而CBE引发的结构变异相对较少。在原代人T细胞中，研究发现使用ABE后，有9.17%的细胞出现了染色体异常，而使用CRISPR/Cas9的这一比例更高，达到32.74%。更令人关注的是，这些染色体异常细胞在编辑后3周内仍然存在，提示了潜在的长期安全性风险（图1）。 图1. ABE和CRISPR/Cas9在小鼠胚胎和人原代T细胞中引发脱靶结构变异。（A）ABE和CRISPR/Cas9在小鼠胚胎中引发脱靶结构变异。（B）靶向和脱靶位点大片段缺失的比例。（C）ABE和CRISPR/Cas9编辑细胞中产生染色体缺失的细胞比例。（D）ABE和CRISPR/Cas9编辑的T细胞亚类中发生染色体缺失的比例随时间变化的结果。 进一步的分析表明，ABE引发的脱靶结构变异主要与其脱氨基酶活性有关，而非单链向导RNA（sgRNA）的依赖性。这意味着传统的优化sgRNA序列的方法可能无法完全消除ABE的脱靶效应。为了解决这一问题，研究团队尝试了高保真版本的ABE（ABE8e-V106W），结果发现脱靶效应显著降低，但仍未完全消除。 在功能影响方面，CRISPR/Cas9引发的染色体异常细胞中，p53和凋亡相关通路显著上调，可能导致细胞死亡。而ABE引发的异常细胞则表现出细胞周期相关基因的显著上调，细胞停滞在G0期，提示其对细胞增殖和功能可能产生影响。 该研究为碱基编辑器的安全性评估提供了重要的科学依据，强调了在临床应用中需谨慎考虑脱靶结构变异的风险。研究人员呼吁，未来应进一步开发和优化高保真的基因编辑工具，以降低潜在的脱靶效应，确保基因编辑技术的安全应用。 中国科学院脑科学脑科学与智能卓越创新中心的吴垒磊博士，益杰立科生物科技有限公司的姜书谭博士和史梅松作为共同第一作者。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙怡迪研究员和周昌阳研究员、深圳农业基因组研究所左二伟研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划启明星等项目的资助。