Nat Biotechnol | 史俊煒團隊等開發小分子可控堿基編輯工具實現體內癌癥功能基因組學篩選

近年來，精準堿基編輯技術（base editing）為基因功能研究和疾病治療帶來了革命性進展【1,2】。然而，在復雜體內環境中開展高分辨率功能篩選仍面臨重大挑戰。傳統堿基編輯器依賴完整DNA脫氨酶，往往伴隨細胞毒性、轉錄組異常改變以及脫靶風險，嚴重限制其在體內功能基因組學研究中的應用【3】。

針對這一關鍵技術瓶頸， 2026年4月15日， 賓夕法尼亞大學醫學院史俊煒團隊，Rahul M. Kohli團隊，和紀念斯隆凱特琳癌癥中心的Andy J. Minn團隊在Nature Biotechnology雜志中發表了題為Inducible, split base editors for in vivo cancer functional genomics的文章，系統介紹了一種小分子誘導的分體式工程化堿基編輯工具（split-engineered base editor,seBE），該平臺實現了高效率、低毒性且具備時間可控性的堿基編輯，為體內癌癥功能基因組學篩選提供了全新技術方法 。

上述研究團隊的工作表明，完整DNA脫氨酶可能是導致細胞毒性和非特異性編輯的關鍵因素。此前，他們已開發出分體式工程化堿基編輯器，將脫氨酶拆分為兩個失活片段，僅在小分子誘導下重新組裝并恢復編輯活性【4】。多種細胞實驗結果顯示，相較于傳統堿基編輯系統，seBE顯著降低細胞毒性和轉錄組異常，同時保持甚至提升靶向編輯效率。

在體外白血病細胞模型中，研究者首先通過錯義突變篩選驗證了該工具的性能。 例如，在轉錄調控因子MYB蛋白的DNA 結合功能域中，多個突變位點影響蛋白穩定性及其與DNA 的結合能力。在染色質調控因子SMARCA4的ATPase功能域中，研究者發現第973位精氨酸突變為谷氨酰胺后其功能影響甚至強于終止密碼子或剪切突變。進一步的突變體過表達實驗表明，該突變可以產生類似于已知的顯性失活（dominant negative）突變體的表型。 這些結果證明，seBE篩選不僅能夠識別功能喪失突變，還能夠解析基因敲除難以捕捉的突變類型。此外，該系統獨特的可誘導特性，使研究者能夠精確控制編輯發生的時間窗口，為體內功能篩選奠定基礎。

為進一步優化體內應用，團隊結合蛋白語言模型構建了計算篩選流程，優先富集具有潛在功能影響的錯義突變位點，從而開發出精簡型sgRNA文庫，大幅壓縮體內篩選規模，提高實驗可行性 。在B16小鼠黑色素瘤模型中，研究團隊驗證了seBE在體內的穩定性和可控性。隨后，他們針對35個已被敲除研究提示參與抗腫瘤免疫調控的基因，開展了體內堿基編輯篩選。該篩選不僅成功定位了調控抗腫瘤免疫反應的關鍵氨基酸殘基，還發現某些殘基在特定體內環境下呈現與整體基因敲除截然不同的功能效應。在進一步針對腫瘤免疫關鍵調控因子 Adar1【5】進行氨基酸位點精細篩選后，團隊鑒定出多個功能喪失突變，臨近已知的自身免疫疾病致病位點，并通過體內腫瘤模型及分子生物學實驗得到驗證 。篩選同時找到了一個位于ADAR1催化功能域的功能獲得性突變位點。該位點臨近促進ADAR1蛋白穩定性的肌醇硫磷酸（inositol hexakisphosphate）結合區域，突變后可增強細胞對于干擾素β（interferon β）的耐受性。

總體而言，本研究展示了seBE平臺在體內癌癥功能基因組學中的潛力。與傳統基因敲除相比，高效率的堿基編輯篩選能夠在氨基酸水平上解析功能差異，揭示基因整體敲除無法捕捉的精細調控機制。未來，團隊將進一步拓展可誘導seBE篩選至更多腫瘤模型，系統解析癌癥發生、進展及轉移不同階段的關鍵遺傳調控節點。

賓夕法尼亞大學醫學院博士后任荻秋和博士生王熵墑為論文的共同第一作者。賓夕法尼亞大學醫學院史俊煒教授，Rahul M. Kohli教授，和紀念斯隆凱特琳癌癥中心的Andy J. Minn教授為共同通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-026-03077-5

制版人： 十一

參考文獻

1. Lue, N.Z. & Liau, B.B. Base editor screens for in situ mutational scanning at scale.Mol Cell83, 2167-2187 (2023).

2. Komor, A.C., Badran, A.H. & Liu, D.R. CRISPR-Based Technologies for the Manipulation of Eukaryotic Genomes.Cell168, 20-36 (2017).

3. Fiumara, M. et al. Genotoxic effects of base and prime editing in human hematopoietic stem cells.Nat Biotechnol42, 877-891 (2024).

4. Berrios, K.N. et al. Controllable genome editing with split-engineered base editors.Nat Chem Biol17, 1262-1270 (2021).

5. Ishizuka, J.J. et al. Loss of ADAR1 in tumours overcomes resistance to immune checkpoint blockade.Nature565, 43-48 (2019).

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