单碱基编辑

一、技术定义与核心突破

单碱基编辑是一种基于CRISPR系统的精准基因编辑技术，可在不诱导DNA双链断裂（DSB）的前提下，直接实现基因组中单个碱基的定向转换。其核心突破在于规避了传统CRISPR-Cas9依赖的DSB修复路径（如易出错的NHEJ），显著提升编辑安全性与精确度。

生物学意义：58%的人类遗传性疾病由单碱基突变（SNVs）引起，该技术为这类疾病提供了革命性治疗策略。

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二、分子机制与核心组件

1. 编辑原理

单碱基编辑通过融合催化失活的Cas9蛋白（dCas9或切口酶nCas9）与碱基脱氨酶，形成复合物实现对目标碱基的定向修改：

• 脱氨反应：脱氨酶将特定碱基转化为中间产物（如胞嘧啶→尿嘧啶，腺嘌呤→次黄嘌呤）。
• 细胞修复：DNA修复机制将中间产物转化为目标碱基（如尿嘧啶→胸腺嘧啶，次黄嘌呤→鸟嘌呤）。

2. 编辑流程

3. 编辑窗口

• 受sgRNA与PAM序列限制，有效编辑窗口通常为4-8个碱基（窗口位置因编辑器类型而异）。
• 染色质结构（如异染色质区）可能降低编辑效率。

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三、编辑器类型与技术演进

1. 主流编辑器分类

类型	脱氨酶	碱基转换	技术里程碑	优化策略
胞嘧啶碱基编辑器（CBE）	APOBEC1/CDA/AID	C→T / G→A	2016年David Liu团队开发（BE1-BE4）	融合UGI抑制尿嘧啶糖基化酶
腺嘌呤碱基编辑器（ABE）	TadA+	A→G / T→C	2017年David Liu团队开发	工程化TadA*7.10高活性变体
鸟嘌呤碱基编辑器（GBE）	胞嘧啶脱氨酶+UNG	C→G / G→C	2021年Zhao等开发	联合糖基化酶促C→G转换
先导编辑器（PE）	逆转录酶+切口酶nCas9	多碱基编辑	2019年Anzalone等开发	pegRNA设计优化编辑范围

2. 关键创新

• 编辑效率提升：
  • 引入UNG抑制蛋白（如UGI），阻止尿嘧啶被错误修复，使CBE效率提高3倍。
  • 双AAV载体递送系统解决大片段编辑器包装难题（如PE系统>6kb）。
• 脱靶控制：
  • 高保真Cas9变体（HypaCas9）降低非特异性结合。
  • RNA脱靶抑制剂（如SECURE-BE）阻断编辑器与游离RNA结合。