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本文聚焦埃及伊蚊（Aedes aegypti ）合成归巢核酸内切酶基因（sHEG）驱动技术。当前埃及伊蚊传播疾病负担加重，现有防控策略不足。sHEG 驱动虽有潜力，但在埃及伊蚊中归巢效率低。文章探讨其发展情况、影响因素及改进方向，为生物防治研究提供参考。
引言
埃及伊蚊传播的疾病，尤其是登革热，其负担日益加重，成为全球关注的问题，气候变化更是加剧了这一状况。现有控制策略效果不佳，需要新的方法。合成归巢核酸内切酶基因（sHEG）驱动作为新兴技术，有望提供经济有效的解决方案，但在埃及伊蚊中的归巢效率低于按蚊。
在自然界中，归巢核酸内切酶基因（HEGs）能插入特定基因组位点，切割同源染色体上的相同位点，触发 DNA 修复。在此过程中，含 HEG 序列的染色体作为模板，使 HEG 复制到切割染色体上，这一过程称为同源定向修复（HDR），也叫归巢。当该过程发生在生殖细胞时，产生的配子都携带 HEG，这种超孟德尔遗传模式可用于改变野生蚊子种群。
首个在冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）中开发的 sHEG 取得成功后，研究人员尝试在其他物种中应用。衡量 sHEG 系统成功的关键标准是高超孟德尔遗传率（归巢效率）和低适应性成本。然而，多年研究发现，非按蚊昆虫（如埃及伊蚊）的 sHEG 系统归巢效率远低于冈比亚按蚊。
埃及伊蚊作为登革热、基孔肯雅热、黄热病和寨卡病毒的重要传播媒介，对其进行 sHEG 系统开发意义重大。但目前埃及伊蚊中表现最好的 sHEG 菌株归巢效率仍不及按蚊，且存在适应性成本问题。研究人员常借鉴按蚊 sHEG 核心设计，但在埃及伊蚊中效果不佳，这引发思考：是按蚊与埃及伊蚊在 DNA 修复机制上存在差异，还是技术应用存在问题？
影响埃及伊蚊 sHEG 归巢效率的因素
优化归巢效率的关键在于在配子发生的特定 “窗口”（CHIROS）诱导 DNA 切割。研究人员测试了多种调控元件对埃及伊蚊 sHEG 归巢效率的影响。
- Pol II 调控元件：在测试的 13 种调控元件中，部分因其在其他昆虫早期配子发生中特异性表达而被选择，部分因其高表达水平被选择。结果发现，仅部分元件产生了显著的遗传偏向。例如，nos 和 zpg 在冈比亚按蚊中遗传偏向率超 95%，但在埃及伊蚊 Carb109 位点却低于 75%。而且，sds3 - Cas9 和 shu - Cas9 插入不同基因组位置时，遗传偏向差异大，这表明位置效应影响表达，且埃及伊蚊中可能未实现最佳 Cas9 表达模式。
- Pol III 调控元件：测试的 5 种 Pol III 调控元件（U6a - d 和 7SK），研究发现不同元件驱动的表达模式和水平不同。如 wU6b - GDe sgRNA 菌株与 exu - Cas9 结合时诱导的遗传偏向最高，而 U6d 与 exu - Cas9 结合时，遗传偏向和体细胞切割效率较低。不同组合的结果差异挑战了传统认为 Pol III 启动子下 sgRNA 组成性高表达的观点。
- 其他因素：埃及伊蚊生殖系切割率并不低，排除了其作为归巢效率低的原因。此外，切割染色体与携带 sHEG 的供体染色体之间的序列相似性可能影响归巢效率，但针对特定位点具有完美同源臂的构建体未被测试，其对遗传偏向的影响尚不明确。
总体而言，研究人员优化埃及伊蚊 sHEG 构建体的策略合理，但归巢效率提升缓慢，可能是埃及伊蚊存在生物学限制，也可能技术优化方向仍需探索。
替代遗传生物防治技术
面对埃及伊蚊 sHEG 系统的现状，有必要考虑替代技术。
- 种群抑制：Y 连锁 X - 切碎机策略通过在精子成熟前切碎雄性生殖系中的 X 染色体，使种群偏向雄性，最终导致种群崩溃。但该策略在埃及伊蚊中面临技术挑战，如 Y 染色体在精子发生阶段常沉默，且在性染色体非异形的情况下，识别雌性特异性位点存在困难，其可行性仍有待研究。
- 种群修饰：毒素 - 解毒剂系统如 Cleave and Rescue（ClvR）和 Toxin Antidote Recessive Embryos（TARE），通过对不携带解毒剂的个体产生适应性成本来发挥作用。这些系统已在果蝇（D. melanogaster）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）中成功实施，但难以用于种群抑制，且传播速度比基于归巢的系统慢，构建也更具技术挑战性。
不过，sHEG 驱动仍有优势，其具有灵活性，优化后可用于种群抑制和修饰，且传播迅速，研究 sHEG 技术还有助于深入了解生殖系 HDR 机制。
未来研究方向
sHEG 在埃及伊蚊中成功的关键在于能否系统优化。目前进展缓慢是因为难以确定影响归巢效率的因素。
未来研究应先确定 CHIROS 是否存在。现有足够的驱动菌株，可通过对性腺组织中 Cas9 mRNA、Cas9 蛋白和 sgRNA 进行空间检测，判断 CHIROS 是否存在，若 Cas9 和 sgRNA 共定位与特定生殖系阶段及归巢效率相关，则可证明其存在。对已发表的 sHEG 系统进行荟萃分析，也有助于确定与归巢成功相关的因素。同时，开发能检测性腺归巢事件的报告分析方法也很有价值。
若确定 CHIROS 存在，可利用合成生物学工具精确调控 Cas 蛋白和 sgRNA 的时空表达，还可借助埃及伊蚊高分辨率单核转录组图谱挖掘新的生殖系调控元件。若 CHIROS 不存在，则可考虑使用工程化的 Cas9 融合蛋白增强 HDR，提高归巢效率。通过这些基础和技术进步，有望充分发挥埃及伊蚊 sHEG 驱动的潜力，实现其在病媒控制和公共卫生领域的价值。
