近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術在生物醫學等領域的研究和轉化嘗試如火如荼。但對大多數科學家來說，修改人類“生命密碼本”的工作仍在小心翼翼地進一步完善中。
RNA（核糖核酸）編輯即是近年來興起的一項新型基因編輯技術，并且國際藥企已經在該技術上進行布局。其中一項被命名為“LEAPER”的技術，系北京大學生命科學學院教授魏文勝團隊自主創新的RNA編輯技術。此前的2019年7月，魏文勝團隊在國際學術期刊《自然-生物技術》（Nature Biotechnology）上報道了LEAPER技術。中原標準時間2月11日淩晨，該研究團隊再次在《自然-生物技術》上報道了更新版LEAPER 2.0技術。
“與以CRISPR為基礎的DNA或者RNA編輯技術不同，LEAPER僅需要在細胞中表達特殊設計的RNA（ADAR-recruiting RNA, arRNA）即可招募細胞中内源脫氨酶ADAR，實作靶向目标RNA中腺苷A肌苷I（鳥苷G）的編輯。”魏文勝在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時表示，由于無需引入外源編輯酶或效應蛋白，避免了由此引起的基因組和轉錄組上的脫靶效應、遞送負擔以及相關的免疫原性等問題。
值得注意的是，LEAPER完全擺脫了對CRISPR系統的依賴，是具有自主知識産權的底層核心技術，具有重要的原始創新意義。
魏文勝同時提到一點，作為RNA精準編輯工具，“LEAPER不會引起基因組序列改變，在安全性方面具有優勢。”在這項最新的研究中，研究團隊對LEAPER的編輯效率和脫靶問題進行了進一步優化更新。
值得關注的是，《自然-生物技術》也同期刊發了加利福尼亞大學聖疊戈分校（UCSD）助理教授Prashant Mali團隊的一項研究，Mali等人同樣發現，運用可招募細胞内源ADAR脫氨酶的環形RNA能夠提高RNA編輯的效率。ADAR1脫氨酶是一類在人體内各組織中廣泛表達的腺苷脫氨酶，能夠催化目标RNA分子中腺苷A肌苷I（鳥苷G）的轉換。
“雖然目前全世界大部分的RNA編輯技術的研究處于實驗室階段，但距離臨床應用已經越來越近了。” 魏文勝談到，在技術層面上，利用内源機制實作更安全的RNA編輯，“我們在國際上處于領先梯隊内，在這個研究領域具有競争優勢。”
解決LEAPER兩大局限問題
以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術目前仍存在着一系列問題，其在臨床治療應用中也遭遇瓶頸。在魏文勝等人看來，問題的根源之一在于目前的基因編輯體系依賴于細菌或病毒來源的編輯酶或效應蛋白的表達，比如細菌中的Cas9核酸酶。
這一依賴會導緻多重問題。例如蛋白分子量過大使得通過病毒載體進行裝載及人體内遞送十分困難、由蛋白過表達引起的DNA/RNA水準的脫靶效應、由外源蛋白表達引起的機體免疫反應及損傷、機體内的預存抗體使外源編輯酶或效應蛋白被抗體中和進而導緻基因編輯失敗等。
魏文勝等人的解決思路是利用細胞中天然存在的機制。他們在此前的研究中首次發現，隻需轉入一種特殊設計的ADAR-recruiting RNAs (arRNAs)，就能夠通過招募細胞内源的ADAR1脫氨酶對靶向基因轉錄本上特定的腺苷産生高效精準的編輯，并不需要引入任何外源效應蛋白。這種新型RNA編輯技術即被命名為LEAPER (Leveraging Endogenous ADAR for Programmable Editing on RNA)。
研究團隊此前證明，LEAPER能對RNA分子上絕大多數的腺苷酸位點進行精準編輯。在人的原代細胞-包括肺成纖維細胞、支氣管上皮細胞及T細胞中，LEAPER的編輯效率最高可達80%。
“盡管LEAPER在科研和疾病治療中具有可觀的潛力，該技術還存在一定的局限。”魏文勝談到兩點，一是LEAPER利用的是内源編輯酶，其編輯效率會是以受限；另外，具有一定長度的arRNA可能使目标編輯位點鄰近的堿基發生脫靶編輯。
在這項最新的研究中，他們首先發現通過優化表達載體中的啟動子增強arRNA表達可以顯著提升LEAPER系統的編輯效率，“表明arRNA在細胞中的豐度對于編輯效率十分關鍵。”
另一個關鍵點在于，由于線性arRNA在細胞内容易被降解，團隊想到了利用環化方式。環形RNA由于沒有5’或3’末端，可以避免核酸外切酶的切割，在細胞内相比于線性RNA具有更好的穩定性和更長的半衰期。
“我們設計了工程化的環形arRNA（circ-arRNA）。”魏文勝表示，研究發現，circ-arRNA能夠維持較長時間的高水準表達。在多個内源轉錄本位點中，circ-arRNA平均編輯效率相比于線性版本提升了超過3倍，同時也可維持長達近半個月的有效編輯。
研究進一步發現，通過腺相關病毒（AAV）遞送，遺傳編碼的circ-arRNA可以在人的原代細胞和類器官中實作長時程的RNA編輯。另外，體外合成的circ-arRNA也可實作高效的靶向編輯，并且與遺傳編碼的circ-arRNA具有類似的特征。
魏文勝總結道，由于LEAPER 2.0 仍然使用細胞内源的編輯酶，無需外源過表達編輯酶，是以可以避免遞送困難和過表達外源編輯酶造成的全轉錄組範圍内的脫靶編輯。
另外重要的是，LEAPER 2.0通過特殊設計，消除了一種特别的鄰近堿基脫靶編輯（bystander off-target editing），在安全性、精準度上獲得大幅提升。
Circ-arRNAs能夠對内源轉錄本進行高效、持久的RNA編輯。
國内外均在進行RNA編輯技術轉化
和此前的版本類似，研究團隊在這項最新研究中也對LEAPER 2.0的應用潛能進行了評估。
他們的研究顯示，利用LEAPER 2.0技術，可以成功激活Wnt信号通路（一類在物種進化過程中高度保守的信号通路），修複TP53基因（一種抑癌基因）中的緻病突變使其表達的p53蛋白恢複正常的轉錄調節功能。
研究團隊還初步在小鼠模型上進行了技術驗證。他們使用腺相關病毒将circ-arRNA遞送至Hurler綜合征疾病模型小鼠體内，可以成功修複IDUA轉錄本上的緻病突變并恢複IDUA的正常催化功能。
Hurler綜合征是一類複雜的、進行性多系統受累的遺傳性溶酶體病，可影響全身器官群組織。患者由于艾杜糖醛酸酶a-L-Iduronidase (IDUA)的缺失，造成糖胺多糖(GAGs)在溶酶體的累積，引起多器官病變。該疾病屬于常染色體隐性遺傳病。
circ-arRNAs對細胞培養和Hurler綜合征小鼠蛋白質功能的激活和恢複。
魏文勝談到，“目前尚無治愈黏多糖貯積症的方法，主要療法包括改善生活品質的對症治療、酶替代治療和骨髓移植/造血幹細胞移植。現有療法則過于昂貴，而且患者和家屬需要花費大量時間在醫院，應用困難。”
他認為，針對這類疾病，RNA編輯具有優勢，“而我們新開發的LEAPER 2.0 與AAV遞送系統相結合可以實作長時程的有效編輯，這對治療Hurler綜合征等衆多的遺傳病是一個好的選擇。”除Hurler綜合征之外，魏文勝提到，LEAPER 2.0在眼部或者腦部遺傳疾病的治療上也已經觀察到了非常好的效果。
總體而言，魏文勝認為，LEAPER技術在臨床應用和疾病治療方面擁有其獨特的優勢和潛能。“LEAPER作為一項RNA編輯技術，其編輯是可逆、可調控的，而且編輯效果與劑量相關，原理上講更為安全。同時，LEAPER技術通過向細胞内遞送arRNA，招募内源ADAR蛋白完成編輯，遞送負擔輕，無需引入外源編輯酶，更加适應體内基因編輯治療。”
正如前述所說，在技術層面上，利用内源機制實作更安全的RNA編輯，國内科學家在國際上已處于領先梯隊，在這個研究領域具有極大的競争優勢。而在産業轉化方面，國内外又處于怎樣的階段？
魏文勝表示，國際上已經有一些生物醫藥企業在開展相關技術轉化和開發工作，特别是去年，RNA編輯技術受到了極大關注。
例如，2021年8月，跨國制藥企業羅氏和Shape Therapeutics公司達成一項研發合作和許可協定，将利用其RNA編輯技術平台RNAfix，以及AAVid技術平台，開發治療阿爾茨海默病、帕金森病和罕見疾病的基因療法。随後的2021年9月，禮來與ProQR Therapeutics達成一項全球性的許可和研究合作協定，兩家公司将利用ProQR專有的Axiomer RNA編輯技術平台，針對肝髒和神經系統遺傳疾病，推進新的藥物靶點的臨床開發和商業化，合作内容多達五個RNA編輯靶标。
至于國内，魏文勝提到，博雅輯因也正在開展LEAPER技術的轉化工作。作為國内基因編輯領域的先鋒，博雅輯因成立于2015年，總部位于北京，辦公地點分布于廣州、上海和美國劍橋，魏文勝系創始人。
博雅輯因首席執行官魏東此前在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時表示，對基因編輯這種特别創新的技術來說，“它的首要任務就是要在不同的疾病上能夠真正看見技術轉化的産品，是不是有足夠多的受益，而且安全可控。”特别嚴重且尚無有效療法的疾病，例如遺傳病和癌症是目前創新療法的主要“驗證區”。
魏東提到，公司目前整個管線的布局包括體外療法和體内療法。其中，體内療法即基于LEAPER技術，正在針對眼科、神經系統等疾病進行研發。2020年，公司也曾在2020年的美國ASGCT年會上報告通過對IDUA信使RNA序列中第402密碼子進行精準的、針對特定序列的腺苷A肌苷I轉換，生成野生型IDUA基因的信使RNA和蛋白質，治療黏多糖貯積症I型最嚴重亞型Hurler綜合征中的W402X突變患者的早期研究資料。
魏文勝在此次采訪中也提到，針對LEAPER 2.0技術，博雅輯因正在開展相關轉化工作。公司通過AAV遞送開展了臨床前研究，并在多個研究模型中取得了很好的資料，實作了LEAPER 2.0轉化為體内編輯療法的概念驗證。
去年11月，博雅輯因還與北京協和醫院睢瑞芳教授團隊達成了研究合作，基于大陸遺傳性視網膜變性（IRD）人群的基因變異特征，探索推進體内基因編輯療法；同月，該公司還也與威斯康星大學麥迪遜分校的David Gamm實驗室達成研究合作，評估公司基于LEAPER技術的RNA堿基編輯候選療法針對特定遺傳疾病的藥理特性。