综述：碱基编辑技术的最新进展及其在疾病治疗中的应用

《Biotechnology Advances》：Recent advances in base editing technology and its applications in disease therapy

　　

摘要

碱基编辑器（BEs）是变革性的基因组工程工具，能够在不诱导双链断裂（DSBs）或不需要供体 DNA 模板的情况下实现精确的核苷酸替换。自 2016 年首个胞嘧啶碱基编辑器（CBE）开发以来，该领域发展迅速，诞生了多种包含不同脱氨酶和糖基化酶的 BE 变体。这些工程化编辑器通过产生脱氨碱基或无嘌呤/无嘧啶（AP）位点损伤，利用内源性 DNA 修复或复制机制产生碱基转换和颠换，显著扩大了基因组编辑的范围。在这些内源性途径中，跨损伤合成（TLS）在将 AP 位点转化为特定碱基替换方面起着尤为关键的作用。TLS 聚合酶在 AP 损伤对面插入核苷酸，最终的编辑结果由各个 TLS 聚合酶独特的核苷酸偏好性决定。本综述重点关注不同碱基编辑器的作用模式，强调它们与 TLS 的相互作用，总结其潜在的治疗应用，并讨论提高精度和扩大靶向范围的策略展望。

章节摘要

碱基编辑器介绍

碱基编辑器是强大的基因组工程工具，能够在不诱导双链断裂（DSBs）或不需要供体 DNA 模板的情况下实现精确的单核苷酸转换（Komor et al., 2016）。它们通常由一个 DNA 靶向模块——最常见的是 Cas9 切口酶（nCas9）或催化失活 Cas9（dCas9）——与核苷碱基脱氨酶、糖基化酶或其他催化结构域融合而成（Chen et al., 2021b; Gaudelli et al., 2017; He et al., 2024; Kurt et al., 2021; Tian et al., 2022; Tong et

依赖 AP 位点的碱基编辑可能的修复机制

如上所述，基于脱氨酶的碱基编辑器介导相对精确的 C 到 T 或 A 到 G 碱基转换，具有高度的可预测性：U 或 I 可被 DNA 聚合酶读作 T 或 G，并通过 DNA 修复或复制机制常规地转化为 T 或 G，此处不再赘述（Gaudelli et al., 2017; Komor et al., 2016）。然而，基于糖基化酶的碱基编辑器产生 AP 位点，导致高度多样化的编辑产物，这些产物在很大程度上

编辑窗口与旁观者编辑

碱基编辑器的一个定义特征是存在一个“编辑窗口”，即原间隔序列内可以发生催化的核苷酸跨度（Gaudelli et al., 2017; Komor et al., 2016）。如上所述，虽然该窗口能够实现对靶点的有效定位，但它也引入了旁观者编辑的问题，即窗口内多个可编辑碱基被同时修饰。这对于胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑器尤为明显，其中几个 C 或 A 可能落在

碱基编辑在基因和细胞疗法中的应用

碱基编辑作为一种精密基因组编辑技术，能够在不诱导双链 DNA 断裂的情况下实现位点特异性的单核苷酸转换，已成为基因和细胞疗法中的变革性工具（Gaudelli et al., 2017; Komor et al., 2016）。以其高特异性、低脱靶效应以及修饰分裂和非分裂细胞的能力为特征，它解决了传统基于核酸酶的基因编辑方法的关键局限性，并扩大了治疗

展望与挑战

碱基编辑技术的快速演变——从衍生于脱氨酶的转换编辑器到衍生于糖基化酶的颠换编辑器——已大幅扩大了可编程核苷酸修饰的范围。尽管取得了这些进展，但在碱基编辑能够充分发挥其在基础研究和临床应用中的全部潜力之前，仍有几个重要的挑战需要解决。

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文中报告的工作。

致谢

资助: 本研究得到 慢性非传染性疾病 - 国家科技重大专项 (2023ZD0500500)、国家重点研发计划 (2023YFC3403200)、国家自然科学基金 (编号 82572135)、四川省科技计划 (2024NSFTD0029 和 2025NSFTD0030)、中国博士后科学基金(2024M762207) 以及 中国博士后科学基金博士后资助项目 (编号 GZC20241163) 的支持。

陶瑞 | 李敏 | 罗同云 | 姚少华