编辑丨王多鱼
排版丨水成文
碱基编辑技术可以在动植物基因组中实现精准的碱基替换和基因敲除。不同于 CRISPR-Cas9，碱基编辑不依赖于 DNA 双链断裂，因此可极大地避免由 DNA 双链断裂导致的细胞毒性。
然而，近年的研究发现，碱基编辑产物中还可伴随产生一部分非目标类型的碱基替换及indel（插入/缺失）副产物；此外，融合的脱氨酶组分也被发现可引起不依赖于 Cas 蛋白的脱靶效应，在应用上具有一定的隐患。因此，提升现有碱基编辑技术的精准性和安全性，在技术的转化应用上具有重要价值。
2025 年 4 月 21 日，北京齐禾生科生物科技有限公司赵天萌团队在NatureBiotechnology期刊发表了题为：QBEmax is a sequence-permuted and internally-protected base editor 的研究论文。
该研究开发了一种新型碱基编辑系统——QBEmax，实现了对碱基编辑技术的全方位升级优化：在保持高效编辑的同时，表现出更灵活的编辑窗口，显著降低的 indel 和 DNA、RNA 脱靶，以及显著提升的产物纯度。
不同于常规碱基编辑系统中（如目前广泛应用的 BE4max 系统）将脱氨酶直接融合在 Cas 蛋白的末端，该研究创新性地在将 Cas 蛋白的功能域进行整体性的结构重排的同时，将脱氨酶内嵌到重排蛋白的特定区域中，获得一系列具有新的整体构象的碱基编辑器，并从中筛选获得一个具有突出编辑表现的碱基编辑器，命名为QBEmax。
AlphaFold3 预测的 BE4max 和 QBEmax 分别与 sgRNA 及 DNA 靶标结合的结构
编辑副产物（包括indel和不纯碱基编辑）及脱靶效应是应用碱基编辑技术在疾病治疗时关注的重要问题。在整体编辑效率与 BE4max 相当的同时，QBEmax 引发的 indel 副产物显著降低，平均降幅 56.6%；编辑产物纯度则显著提升，达到 99.4±0.4%。
该研究通过 R-loop 实验和转录组测序，分析了 QBEmax 的脱靶效应。结果显示，相较于 BE4max，QBEmax 的 DNA 和 RNA 脱靶均显著降低，其中，DNA 脱靶降低 40%-83%，RNA 脱靶降低 29%，碱基编辑的精准度显著提升。
CAR-T细胞疗法是一类极具潜力的靶向细胞疗法。研究发现，通过基因编辑敲除多种与免疫排异和移植物抗宿主病（GvHD）相关的基因，有助于提升 CAR-T 细胞的体内效力，有助于靶向癌症药物和自免细胞药物的开发。在此类应用场景下，产物纯度至关重要，因非纯编辑产物可能导致新的碱基突变产生，引发额外风险。QBEmax 精准、干净、安全的编辑特性有望为此类应用场景提供有力的工具支持。为此，该研究选择了被报道可能与免疫排异和 GvHD 相关的 5 个靶基因（CISH, Fas, PD-1, TGFBR2, TRAC, 其中TGFBR2敲除endodomain），进行多重基因敲除。
结果显示，QBEmax 在 5 个基因的平均编辑效率均与 BE4max 相当或更高；与此同时，indel 显著减低，产物纯度则显著提高。在永生化的 T 细胞系 Jurkat 细胞中的表现类似。进一步地，在仅以 QBEmax 蛋白融合的荧光蛋白进行单一荧光流式分选的情况下，即在 89.3% 的单克隆中检测到 5 个基因同时被编辑，展现了 QBEmax 高效的多重基因编辑能力。
QBEmax 介导高效精准多重基因敲除
为探究 QBEmax 优越编辑特性的结构基础，研究团队基于 AlphaFold3 预测的 QBEmax 蛋白-sgRNA-target DNA 三元结构，进行了分子动力学模拟和溶剂可及性分析。结果显示，QBEmax 的环化重排和脱氨酶内嵌设计使其相较于 BE4max 呈现出更为稳定和紧凑的整体结构，内嵌的脱氨酶在空间上具有更小的自旋半径，对 R-loop 中暴露的单链 DNA 区域可能起到一定的保护作用，减少了 UNG 的可及性，从而提高了产物纯度，降低了 indel 的发生和脱靶效应。
BE4max 和 QBEmax 基因编辑结果
综上所述，QBEmax 碱基编辑工具实现了对碱基编辑技术的全方位优化，在保持高效多重基因编辑能力的同时，产物纯度显著提高，indel 副产物和脱靶水平显著降低，有望为包括 CAR-T 细胞疗法在内的精准基因编辑应用场景提供有力的技术平台。
北京齐禾生科生物科技有限公司胡佳成博士为论文第一作者；北京齐禾生科首席技术官赵天萌(Kevin Zhao) 博士为论文通讯作者；齐禾生科郭梦月、高强、贾鹤、贺名扬、王志伟、郭丽娜、刘关稳博士、高权对本研究有重要贡献。该研究得到国家重点研发计划、北京市科委、北京市农委的项目资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41587-025-02641-9
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