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今日，由基因编辑领域先驱刘如谦博士联合创建的Prime Medicine公司宣布，完成数额为3.15亿美元的融资，旨在利用其独有的先导编辑（prime editing）技术为患者带来终身性的治愈疗法。Prime Medicine得到包括ARCH Venture Partners、F-Prime Capital、GV（前谷歌风投）在内的多家重磅投资机构的青睐。ARCH Venture Partners联合创始人Robert Nelsen先生表示，这项技术如果成熟，可能完全改变我们对疾病治疗极限的理解。GV合伙人David Schenkein博士也表示，先导编辑具有纠正几乎所有致病基因突变的潜力，可能将“一劳永逸”的治愈性疗法带给多种疾病患者。
那么这项技术为何受到青睐？要回答这些问题，我们先要看一下传统的基因编辑技术。目前应用最为广泛的基因编辑技术之一是CRISPR-Cas9系统。在这套系统里，Cas9蛋白会在目标DNA序列上造成双链DNA断裂，随后再利用同源重组等方法，在DNA修复的过程中对基因组序列进行编辑。
▲传统的CRISPR-Cas9基因编辑方法示意图（图片来源：J LEVIN W [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]）
这种方法已经在临床试验中取得了多项突破。然而，它虽然有效，但很“粗暴”。打个比方，这就好像一页书上有错别字，为了修正书上的错误，要把这整页书给撕下来，再重新粘上一页那样。而且，将DNA双链切断，可能引入不想要的突变。过去，包括刘如谦博士课题组在内，科学家们开发了单碱基编辑系统。与传统的CRISPR-Cas9系统不同，它将经过改造的Cas9蛋白与另一种酶融合在一起。在目标DNA位点，它不会切开DNA链，而是对单个碱基进行转换，例如将A变成G，或是把C变成T。这一方法能够对点突变进行“微调”，不过并不适合大段大段的修改。此外，它只能进行四种碱基转换（比如不能把T变成A）。先导编辑的核心之一是将Cas9蛋白与逆转录酶（reverse transcriptase）融合形成的特殊蛋白。它的另一个关键是称为“pegRNA”的特殊指导RNA（gRNA）。与普通的gRNA不同，pegRNA不但携带着识别想要进行编辑的特定DNA序列的RNA，还自带修改DNA序列的“模板”。Cas9-逆转录酶融合蛋白会在pegRNA的引导下，精准地切开一条DNA链，然后根据“修改模板”，合成含有正确序列的DNA。细胞内的DNA修复机制会自动把这段新合成的序列整合进基因组。
▲先导编辑技术的示意图（图片来源：Prime Medicine官网）
如果把CRISPR-Cas9技术比作基因组的“剪刀”，单碱基编辑比作“铅笔和橡皮”，先导编辑系统就好比我们使用的文本编辑软件中的“查找/替换”功能，能够查找携带突变的DNA序列，然后将它们替换成正确的DNA序列。由于这一系统的灵活性，原本不可能实现的单碱基编辑（例如将T转变为A）也成为了可能。它能够进行12种单碱基的转化，也就是说，可以将任何碱基转化为任何其它碱基，包含了所有的12种可能性。而且，这一系统还能够插入或删除特定的DNA序列。
▲先导编辑系统不但能进行任何碱基之间的转换，而且可以插入或删除特定的DNA序列（图片来源：Prime Medicine公司官网）有些遗传病是由于基因组某个“热点”区域的多种不同基因突变引起的，例如不同的杜氏肌营养不良（DMD）患者在同一“热点”区域可能携带不同的基因变异。先导编辑系统中pegRNA携带的“修改模板”理论上可以覆盖大段“热点”区域，具有将携带不同基因突变的DNA序列都替换成为正确DNA序列的潜力。
▲pegRNA携带的“修改模板”可以将携带不同基因突变的DNA序列替换成正确的DNA序列（图片来源：Prime Medicine公司官网）目前，Prime Medicine正在推进多个药物发现项目，靶向肝脏、眼睛、体外造血干细胞，以及神经肌肉适应症。虽然先导编辑具有众多优点，它也不是“万能”的基因编辑技术。例如，它并不能有效地引入或者切除较长的DNA片段，或者修改染色体片段的异位。CRISPR-Cas9介导的基因编辑在这方面更为有效。在2020年Nature Biotechnology上发表的一篇综述中，刘如谦博士课题组的研究人员也列举了不同类型的基因编辑策略的优缺点，并且提供了如何依据疾病的特征，选择特定基因编辑手段的“路线图”。
▲不同基因编辑策略和它们适用的基因编辑类型（图片来源：参考资料[3]）
刘如谦博士在药明康德2020全球论坛上表示，“每一种基因编辑工具和疗法都会找到发挥空间。这些技术各不相同，我们的责任是尽最大的努力发挥每种技术的作用，治疗尽可能多的患者。”参考资料：
[1] Prime Medicine Launches with $315 Million Financing to Deliver on the Promise of Prime Editing. Retrieved July 13, 2021, from https://www.prnewswire.com/news-releases/prime-medicine-launches-with-315-million-financing-to-deliver-on-the-promise-of-prime-editing-301332085.html
[2] Prime Medicine. Retrieved July 13, 2021, from https://www.primemedicine.com/science#how-prime-editing-works
[3] Anzalone et al., (2020). Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors. Nature Biotechnology, https://doi.org/10.1038/s41587-020-0561-9
注：本文旨在介绍医药健康研究进展，不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
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