編輯丨王多魚

排版丨水成文

CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)為遺傳疾病的治療帶來革命性突破， FDA 已批準(zhǔn)了基于 CRISPR-Cas9 的基因編輯療法 Casgevy 用于治療鐮狀細(xì)胞病（SCD）和β-地中海貧血（TDT）。之前對(duì)于其安全性的研究，通常聚焦于脫靶效應(yīng)引發(fā)的基因組序列改變，往往忽視了其對(duì)細(xì)胞表觀基因組及其功能的影響。

2026 年 2 月 24日，清華大學(xué)李寅青團(tuán)隊(duì)、張學(xué)工團(tuán)隊(duì)合作（朱明、袁俊松、孟秋辰、余嘉偉、徐曉慶為論文共同第一作者），在Cell Stem Cell期刊發(fā)表了題為：Minimizing far-extending chromatin perturbation in genome editing preserves stem cell identity 的研究論文。

該研究系統(tǒng)性揭示了CRISPR-Cas9基因編輯的潛在表觀遺傳風(fēng)險(xiǎn)——即便是在遠(yuǎn)離基因調(diào)控元件的非編碼區(qū)進(jìn)行編輯，也會(huì)引發(fā)大范圍的染色質(zhì)擾動(dòng)，尤其可能導(dǎo)致成體干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等干性細(xì)胞丟失自身干性特性，發(fā)生提前分化。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步針對(duì)性提出了安全優(yōu)化策略，為基因編輯技術(shù)的安全應(yīng)用提供參考。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，即使 CRISPR-Cas9介導(dǎo)的 DNA 切割發(fā)生在距離最近的調(diào)控元件數(shù)萬堿基遠(yuǎn)的位置，也會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)的神經(jīng)干細(xì)胞和體外小鼠胚胎干細(xì)胞的過早分化。

為了探究這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種整合的轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)（ATAC）/RNA 測(cè)序（AR-seq）方法，并確定了由 CRISPR-Cas9 編輯誘導(dǎo)的染色質(zhì)可及性變化，其規(guī)模因細(xì)胞類型而異。具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞受影響最大，其擾動(dòng)范圍可延伸至數(shù)十萬堿基對(duì)。此外，即使局部的 DNA 突變也能破壞 CTCF 和凝聚體相關(guān)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)錄重塑，最終喪失干細(xì)胞特性。

為將染色質(zhì)擾動(dòng)降至最低并保持細(xì)胞特性，研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了 CRISPR 基因編輯策略——

1、距離感知型 sgRNA 設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì) sgRNA 時(shí)，潛在脫靶位點(diǎn)應(yīng)避開與關(guān)鍵調(diào)控元件（例如超級(jí)增強(qiáng)子）在三維空間內(nèi)鄰近的位點(diǎn)。

2、小分子抑制劑：使用抑制劑（例如 MRN 抑制劑）適度抑制 ssDNA 切除過程，可在維持一定編輯效率的前提下，顯著縮小染色質(zhì)擾動(dòng)范圍，有效維持干細(xì)胞特性。

3、替代編輯系統(tǒng)：相比于 Cas9、Cas12a、先導(dǎo)編輯器，堿基編輯器在相同位點(diǎn)基本不誘導(dǎo)染色質(zhì)擾動(dòng)，表現(xiàn)出更高的表觀遺傳安全性。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 遠(yuǎn)端非編碼區(qū)基因組編輯會(huì)損害干細(xì)胞特性；

• CRISPR 編輯以細(xì)胞類型特異性的方式改變?nèi)旧|(zhì)可及性；

• CRISPR 編輯會(huì)破壞 CTCF 和凝聚體相關(guān)的遠(yuǎn)端調(diào)控，改變?nèi)S基因組；

• sgRNA 設(shè)計(jì)、切除抑制和堿基編輯可減少染色質(zhì)破壞。

總的來說，這項(xiàng)工作為基因組編輯技術(shù)更安全、更廣泛的應(yīng)用鋪平了道路。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(26)00038-X