浙江
將外源大片段DNA精準插入人類基因組特定位點，一直是基因治療領域的一道難題。傳統的同源定向修復方法效率隨DNA片段增大而急劇下降，而且高度依賴細胞分裂周期。非 homologous末端連接雖然不挑細胞狀態，但容易引發染色體易位、大片段缺失等安全隱患。近兩年科學家發現的IS621重組酶——源自IS110家族轉座子——依靠一條叫做“橋接RNA”的分子同時識別供體DNA和受體DNA，理論上能做到無疤精準插入。可這套源自原核生物的系統一進到人體細胞就幾乎“罷工”，活性低得讓人頭疼。
2026年6月6日，《自然·通訊》雜志接收了一篇題為《Optimization of IS621 recombinase/bridge RNA-directed recombination for precise insertion of large DNA fragments in human cells》的論文。這項研究由上海科技大學、南京師范大學、西北農林科技大學等多所機構合作完成，通訊作者是南京師范大學吳麗娜教授、南京大學劉江懷教授以及西北農林科技大學王小龍教授。他們改造IS621系統，最終研究出“enIS621?tebRNA”的增強版，在多種人體細胞里把大片段DNA插入效率推到了百分之二十幾。
他們一開始用了一個巧妙的GFP報告系統來監測重組效率，就是把綠色熒光蛋白劈成兩半，只有成功插入供體DNA后才會重新拼出熒光。野生型IS621在HEK293T細胞里幾乎沒信號。于是研究團隊對重組酶蛋白做了系統性的單氨基酸突變篩選，從102個候選位點里找出十幾個活性提升的突變。然后像搭積木一樣把這些有益突變組合起來，試了30種三突變體。結果發現A119R、H138R、V293Q三個位點同時換掉之后，活性比野生型飆升了51倍多。這玩意兒他們命名為enIS621。
對，光改蛋白還不夠。他們又動起了橋接RNA的腦筋。原本的橋接RNA是單條分子，同時掛著靶標結合環和供體結合環。團隊試著把它拆成兩段：段認靶標，一段認供體，中間加上Cys4酶切位點和xrRNA穩定元件。這招還真管用，重組效率又翻了兩倍多。更妙的是，他們發現把兩個結合環的角色互換一下，讓原本認供體的環去認基因組靶標，效果反而更好。這種“交換設計版”的兩段式橋接RNA，他們稱為tebRNA。把這倆優化組合到一起，就是最終的王牌：enIS621?tebRNA。
在HEK293T細胞里測試8個內源基因座，用tebRNA引導時，82堿基的DNA供體平均插入效率達到6.12%，2.3千堿基的大片段也能做到5.12%。換個細胞系，HCT116里同樣能到7.85%。最夸張的一次，在某個位點他們測到了27.75%的插入率。就算供體拉到10千堿基，tebRNA依然能保持2.53%的效率。更讓人安心的是，深測序顯示精準整合的比例超過91%，長讀長測序也沒發現結構異常，這說明該系統做的是干干凈凈的無疤手術。
用改良的UDiTaS方法掃了一遍全基因組，tebRNA只檢測到48個脫靶整合位點。拿ddPCR去驗證排名靠前的脫靶位點，結果根本測不到信號。GUIDE?seq分析也顯示，系統幾乎不制造雙鏈斷裂——這跟IS621的原始機制吻合：它先交換一條鏈，等配對好了再切另一條鏈，天生就不愛亂砍。
最后團隊試著把這套系統用于真正的治療場景。一個是CAR?T細胞治療：把CD19?CAR基因精準插到Jurkat T細胞的特定位置，結果編輯后的T細胞碰到CD19陽性的腫瘤細胞時，IL?2分泌量明顯上升，說明CAR正常工作了。另一個是血友病B基因治療：把編碼人凝血因子IX的基因插到Huh?7細胞里，編輯后的細胞培養上清中因子IX蛋白含量大幅增加。這兩項實驗雖然還停留在細胞層面，但至少證明了enIS621?tebRNA有潛力成為下一代基因治療的工具。下一步怎么提高特異性、怎么擺脫對CT核心序列的依賴，那得等AI幫忙設計蛋白或者從更多轉座子家族里挖寶了。
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