Nat Biomed Eng | 殷昊团队开发epegRNA高度化学修饰策略实现高效体内先导编辑|epegrna|化学|基序|序列|殷昊

先导编辑（prime editing，PE）可在无需DNA双链断裂和外源DNA供体的情况下实现多种类型的精准基因组编辑，在遗传性疾病治疗中展现出重要应用潜力。然而，PE系统组分复杂且体积较大，其高效体内递送仍面临挑战。腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）虽具有较好的体内递送能力和安全性，但受限于包装容量，通常需要采用双AAV策略递送PE系统，增加了系统复杂性并限制了编辑效率。非病毒递送可避免病毒载体的容量限制，但目前仍面临编辑效率较低、需要重复给药以及依赖较高递送剂量等问题。因此，如何实现高效且具有临床可转化性的体内先导编辑，仍是该领域亟待解决的关键问题。

2026年9月11日，武汉大学医学研究院/免疫与代谢前沿科学中心/泰康生命医学中心/ 中南医院殷昊课题组在Nature Biomedical Engineering杂志发表了题为Dense RNA motif modifications enable robust in vivo prime editing and enhance efficiencies of diverse editing systems的研究论文。该研究利用团队前期研发的epegRNA的连接合成方法，对工程化pegRNA（epegRNA）的化学修饰策略进行了系统优化，开发出增强型超末端化学修饰epegRNA（Sem⁺-epegRNA）。通过脂质纳米颗粒（LNP）共同递送Sem⁺-epegRNA和PE mRNA，单次注射即可实现接近70%的体内编辑效率；在具有临床可转化潜力的1 mg/kg剂量下，小鼠肝脏编辑效率仍可超过50%，较经典的末端修饰pegRNA提升近80倍，并显著降低靶蛋白水平。此外，该高度化学修饰策略具有良好的通用性，可广泛应用于多种引导RNA，并提升不同基因编辑系统的编辑效率。

化学修饰在提升RNA的稳定性和应用潜力方面发挥着关键作用。epegRNA由五个主要功能区域组成：负责靶向的spacer、与nCas9结合的scaffold、携带编辑信息的逆转录模板（RTT）、为逆转录提供起始位点的引物结合位点（PBS），以及保护3′端免受核酸酶降解的evopreQ1基序。研究团队系统评估了这五个区域的化学修饰策略。对于序列固定的evopreQ1和scaffold区域，研究发现化学修饰并非越多越好：对evopreQ1区域进行更密集的2′-O-甲基修饰（evopreQ1-M2），可使编辑效率较经典末端修饰提高约2–2.8倍；对scaffold中两个未被nCas9保护的茎环进行修饰（Scaffold-M2），可使编辑效率较末端修饰epegRNA提高1.3–1.7倍。对于序列可变的RTT和PBS区域，引入2′-氟修饰同样能够提高编辑效率，但其效果更依赖具体的PE版本和靶位点，且RTT的修饰方案会伴随indel比例升高。基于上述结果，研究团队进一步整合evopreQ1和scaffold区域的最优修饰方案，开发出增强型超末端化学修饰epegRNA（Sem⁺-epegRNA）。在多个基因组位点和多种编辑类型中，Sem⁺-epegRNA的编辑效率较末端修饰epegRNA提高1.4–5.2倍，并可在低剂量条件下实现高达90.7%的编辑效率。

随后，研究团队将Sem⁺-epegRNA与PE mRNA通过LNP共同封装并递送至小鼠体内。单次给予3 mg/kg剂量后，在 Pcsk9 和 Ttr 位点分别实现了67.1%和64.4%的编辑效率。考虑到肝实质细胞占肝脏细胞总数的约 70%，这一结果提示绝大部分肝实质细胞已被成功编辑，其整体编辑效率也超过了近期先导编辑所报道的最高体内水平。进一步将LNP总剂量降低至具有临床可转化潜力的1 mg/kg后，编辑效率仍可达到52.2%；相比之下，在相同剂量下，传统末端修饰pegRNA的编辑效率仅为0.6%。安全性方面，高剂量Sem⁺-epegRNA处理未引起ALT、AST和ALP等肝功能相关指标的明显异常，同时体内未观察到indel比例升高或scaffold序列插入等非预期编辑事件，表明该策略在显著提升体内编辑效率的同时具有良好的安全性表现。

最后，研究团队将这一高密度化学修饰策略进一步拓展至其他含有RNA基序的基因编辑系统。结果表明，该策略在多种引导RNA及不同基因编辑系统中均能稳定提升编辑效率，最高提升可达11倍，且未明显增加脱靶效应，展现出良好的通用性和拓展潜力。

综上，该研究通过对epegRNA不同功能区域进行系统性化学修饰优化，建立了一套提升先导编辑效率的通用策略。借助LNP递送，该策略在具有临床可转化潜力的剂量下实现了高效的体内先导编辑，同时未明显增加indel、scaffold序列插入等非预期编辑事件。此外，这一高密度化学修饰策略还可拓展至多种含RNA基序的基因编辑系统，为提升RNA引导基因编辑工具的活性及推动其在基因治疗和细胞治疗中的应用提供了新的技术路径。

武汉大学殷昊教授和雷薪霖博士后为本文共同通讯作者；武汉大学医学研究院雷薪霖博士后以及陈迪迪、张坤、刘曦宇研究生为本文共同第一作者。

https://www.nature.com/articles/s41551-026-01787-4

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