本文介绍了一项关于利用腺相关病毒（AAV）在小鼠大脑、肝脏、视网膜、心脏和骨骼肌中进行胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑的研究。该研究由Jonathan M. Levy、Wei-Hsi Yeh、Nachiket Pendse等作者共同完成，发表在《Nature Biomedical Engineering》期刊上，时间为2020年1月。

研究背景

碱基编辑技术是一种能够在活细胞中直接修改DNA碱基对的工具，而无需引入双链DNA断裂。胞嘧啶碱基编辑器（CBE）可以将C•G碱基对转换为T•A，而腺嘌呤碱基编辑器（ABE）可以将A•T碱基对转换为G•C。尽管这些工具在体外细胞实验中表现出色，但在活体动物中的高效递送仍然是一个挑战。AAV是一种广泛使用的基因递送载体，但其包装容量有限，无法容纳完整的碱基编辑器。因此，研究团队开发了一种双AAV系统，通过分裂碱基编辑器并使用反式剪接的intein（蛋白质剪接元件）在体内重新组装完整的碱基编辑器。

研究流程

1. 分裂碱基编辑器的设计与优化：研究团队将CBE和ABE分别分裂为N端和C端两部分，每部分与一个分裂的intein融合。通过反式剪接，两部分在体内重新组装成完整的碱基编辑器。研究团队优化了分裂位点和intein的选择，确保碱基编辑效率不受影响。

2. AAV递送系统的优化：为了最大化碱基编辑效率，研究团队优化了AAV基因组的设计，包括使用截短的Woodchuck肝炎病毒后转录调控元件（WPRE）和CBH启动子。通过调整sgRNA的位置和方向，进一步提高了编辑效率。

3. 体内碱基编辑实验：研究团队在小鼠的多个组织中测试了双AAV系统的碱基编辑效率。结果显示，在脑组织中，碱基编辑效率高达59%，肝脏为38%，视网膜为38%，心脏为20%，骨骼肌为9%。此外，研究团队还成功在小鼠脑组织中纠正了导致尼曼-匹克病C型（Niemann-Pick disease type C）的突变，减缓了神经退行性病变并延长了小鼠的寿命。

4. 视网膜和中枢神经系统的碱基编辑：研究团队通过视网膜下注射和脑室内注射，成功在视网膜和中枢神经系统中实现了高效的碱基编辑。特别是在视网膜中，碱基编辑效率达到了48%，表明该系统在治疗遗传性眼病方面具有潜力。

主要结果

1. 分裂碱基编辑器的成功组装：通过反式剪接intein，研究团队成功在体内重新组装了完整的碱基编辑器，并实现了高效的碱基编辑。

2. 多组织中的高效碱基编辑：在脑、肝、视网膜、心脏和骨骼肌中，碱基编辑效率均达到了治疗相关水平，特别是在脑组织中，编辑效率高达59%。

3. 尼曼-匹克病C型小鼠模型的治疗：通过碱基编辑纠正了导致尼曼-匹克病C型的突变，显著减缓了神经退行性病变，并延长了小鼠的寿命。

结论

该研究开发了一种优化的双AAV系统，能够高效递送分裂的碱基编辑器，并在多个组织中实现治疗相关的碱基编辑效率。这一系统为治疗多种遗传性疾病提供了新的工具，特别是在中枢神经系统和视网膜中的应用具有重要的临床意义。

研究亮点

1. 创新的分裂碱基编辑器设计：通过反式剪接intein，研究团队成功克服了AAV包装容量的限制，实现了高效的体内碱基编辑。

2. 多组织中的高效编辑：在脑、肝、视网膜、心脏和骨骼肌中均实现了治疗相关的碱基编辑效率，展示了该系统的广泛适用性。

3. 尼曼-匹克病C型小鼠模型的成功治疗：通过碱基编辑纠正了致病突变，显著改善了小鼠的病理表型，延长了其寿命。

研究意义

该研究为碱基编辑技术在治疗遗传性疾病中的应用提供了重要的技术突破。通过优化AAV递送系统，研究团队成功在多个组织中实现了高效的碱基编辑，特别是在中枢神经系统和视网膜中的应用具有重要的临床潜力。这一系统有望为多种遗传性疾病的治疗提供新的解决方案。