基于CRISPR-Cas9的引導編輯器（prime editors, PEs）能同時實現任意堿基類型的精準替換，以及小片段DNA的精準插入、替換和刪除。當前引導編輯器均是利用非靶向鏈切口酶結合逆轉錄酶開發而成（圖1a）。由于目前自然界發現的高效逆轉錄酶都只能利用模板沿著5′→3′的方向產生新的核酸序列，因此，傳統的引導編輯系統只能在切割位點下游產生引導編輯，而無法在切割位點上游產生期望的高效編輯。因此，亟需開發一種新型引導編輯系統，以進一步擴展引導編輯的工作范圍。

2025年5月31日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊在Nature Communications雜志發表題為Circular RNA-mediated inverse prime editing in human cells的研究成果。該研究耦合了環狀RNA、靶向鏈切口酶、逆轉錄酶和解旋酶，開發了基于環狀RNA的反向引導編輯系統。

研究團隊首先將nCas9-H840A替換為靶向鏈切口酶nCas9-D10A，成功構建了反向引導編輯系統（inverse prime editors, iPEs）（圖1b），其最高編輯效率僅為8.6%。進一步分析表明，引物結合位點（primer binding site, PBS）區域的DNA解旋效率不足是核心瓶頸。研究表明，環狀RNA（circular RNA, circRNA）具有抵抗RNA外切酶降解的特性，顯著提升環狀RNA中RTT（reverse transcriptase template）和PBS的穩定性。同時，環狀RNA還被證明可以與基因組序列結合，暗示環狀RNA具有打開DNA雙鏈的能力。基于此，團隊開發出環狀RNA介導的ciPE系統，將編輯效率提升至0.1%~24.7%。研究團隊進一步引入一種改造的解旋酶Rep-X，該酶可促進DNA的3′→5′方向解旋，將編輯效率提升至2.7%~55.4%（圖1c-d）。該解旋酶輔助的基于環狀RNA的反向引導編輯系統克服了傳統引導編輯系統不能編輯靶位點上游的難題，極大拓寬引導編輯范圍，提高引導編輯系統的應用潛力。

本研究開發的解旋酶輔助ciPE系統在基因編輯效率、精確性及安全性方面均展現出顯著優勢。在乳腺癌疾病靶點BRCA1中，該系統實現了13.3%的編輯效率，顯著優于PAMless PE（SpG 或 SpRY）和twinPE系統（圖1e）。本研究還證明基于解旋酶和環狀RNA的反向引導編輯系統具有較高的編輯純度和較低的脫靶效應，有望成為疾病模型構建和基因治療的有力工具。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究員為該論文的通訊作者，助理研究員梁榮洪、博士后汪珊為該論文的共同第一作者。該研究得到農業農村部重大項目、國家重點研發計劃、北京市科學技術委員會和國家自然科學基金的資助。

圖1: 開發人類細胞中的反向引導編輯系統