我們?nèi)祟愔饕ㄟ^視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺5種感官接受外部信息，而其中至少有80%以上的外界信息是通過視覺獲取。因此，失去視覺對人來說是一件十分糟糕和可怕的事情，它不僅給失明者帶來諸多生活上的不便，還會沉重打擊失明者的精神信念。

長期以來，治療失明極其困難，臨床上一直缺乏治療失明的有效方法。許多先天性失明和進行性失明與基因突變相關，近年來隨著基因治療技術(shù)的成熟，越來越多的研究嘗試通過基因療法來治療失明。例如，張鋒團隊曾使用CRISPR-Cas9基因編技術(shù)恢復患有先天性黑蒙癥的小鼠的視力，并將其推進到人類臨床試驗。這種疾病影響的是視網(wǎng)膜色素上皮細胞，這是一種非神經(jīng)元細胞。然而，大多數(shù)遺傳性失明，包括視網(wǎng)膜色素變性，是由于神經(jīng)感光細胞本身的遺傳缺陷所引起的。

視網(wǎng)膜色素變性（Retinitis Pigmentosa，RP），是一種進行性、遺傳性、營養(yǎng)不良性退行性病變，主要表現(xiàn)為慢性進行性視野缺失，夜盲，色素性視網(wǎng)膜病變和視網(wǎng)膜電圖異常，從而導致視力下降甚至失明，這也是人類失明的主要原因之一。

2023年3月17日，武漢科技大學姚凱教授團隊在 Journal of Experimental Medicine 期刊發(fā)表了題為：Vision rescue via unconstrained in vivo prime editing in degenerating neural retinas 的研究論文。

研究團隊將先導編輯（Prime Editor）與無PAM序列限制的spCas9突變體SpRY相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的、通用型CRISPR系統(tǒng)——PESpRY。PESpRY可以被編程來糾正許多不同類型的基因突變，而不管這些突變發(fā)生在基因組中的哪個位置。

研究團隊使用雙AAV載體遞送的PESpRY系統(tǒng)治療PDE6B基因突變的視網(wǎng)膜色素變性（RP）小鼠模型，成功恢復了功能性PDE6B蛋白的產(chǎn)生，挽救了神經(jīng)感光細胞。進一步行為測試顯示，治療后的小鼠的視覺能力恢復良好。

這項研究為在退化的視網(wǎng)膜中進行無PAM序列限制的先導編輯來預防視網(wǎng)膜色素變性（RP）相關基因突變引起的視力喪失提供了令人信服的證據(jù)。

視網(wǎng)膜色素變性（RP）可由超過100種不同基因的突變引起，據(jù)估計，每4000人中就有一人患病。該疾病也入選了我國于2018年發(fā)布的《第一批罕見病名錄》。視網(wǎng)膜色素變性開始于微弱的光敏桿狀細胞的功能障礙和死亡，然后擴散到色覺所需的錐狀細胞，最終導致嚴重的、不可逆的視力喪失。

此前已有研究表明，堿基編輯（Base Editor，BE）能夠修正先天性黑蒙癥小鼠模型的視網(wǎng)膜色素上皮細胞中的無義點突變，但堿基編輯（BE）只能對單個堿基突變進行針對性修正，對于視網(wǎng)膜色素變性（RP）這種可由多個不同基因的突變引起的疾病，治療潛力顯然不夠。

2019年10月，劉如謙（David Liu）教授開發(fā)了一種全新的精準基因編輯工具——先導編輯（Prime Editor，PE），無需依賴DNA模板便可有效實現(xiàn)所有12種單堿基的自由轉(zhuǎn)換，而且還能有效實現(xiàn)多堿基的精準插入與刪除。先導編輯（PE）能夠克服堿基編輯（BE）的局限性，為體內(nèi)基因編輯治療提供了新的解決方案。

2023年2月，四川大學華西醫(yī)院魏于全院士、楊陽研究員、陸方教授等在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊發(fā)表論文【2】。

該研究以斷裂蛋白質(zhì)內(nèi)含子（split intein）和雙AAV載體為基礎，對先導編輯（PE）進行優(yōu)化，并對先天性黑蒙癥小鼠模型進行治療，精確且高效（最高編輯效率達16%）修復了小鼠視網(wǎng)膜細胞的致病基因突變，恢復了RPE65蛋白的表達，挽救了視網(wǎng)膜和視覺功能，且沒有檢測到脫靶編輯。這項研究為通過先導編輯治療遺傳性視網(wǎng)膜疾?。↖RD）奠定了基礎。

但上述所有應用都是針對視網(wǎng)膜色素上皮細胞，而視網(wǎng)膜色素變性（RP）主要是由視網(wǎng)膜神經(jīng)感光細胞相關基因突變引起的?；蚪M編輯工具在退化的視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞中挽救視力的直接效用仍然有限。

此外，在遺傳性視網(wǎng)膜疾病的治療中，特定基因突變位點附近不一定具有基因編輯工具酶（Cas蛋白）所需的PAM序列，這可能限制了基因編輯治療時的可靶向范圍。

2020年3月，哈佛醫(yī)學院的研究人員在 Science 期刊發(fā)表論文【3】，開發(fā)了一種近乎無PAM序列要求的spCas9新突變體——SpRY，這為體內(nèi)精準基因編輯治療帶來了新的工具。

在這項最新研究中，在這項最新研究中，姚凱團隊嘗試挽救患有視網(wǎng)膜色素變性的小鼠的視力，這些視網(wǎng)膜色素變性的小鼠是由編碼關鍵酶PDE6β的基因的點突變引起。姚凱團隊將先導編輯（PE）與無PAM序列限制的spCas9突變體SpRY相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的、通用型CRISPR系統(tǒng)——PESpRY。PESpRY可以被編程來糾正許多不同類型的基因突變，而不管這些突變發(fā)生在基因組中的哪個位置。

當編程靶向突變PDE6β基因時，PESpRY系統(tǒng)能夠有效地糾正突變并恢復小鼠視網(wǎng)膜中的PDE6β酶活性，從而防止了桿狀細胞和錐狀細胞的死亡，并恢復了它們對光的正常電反應。

在四個月大時，攜帶PDE6β基因突變的小鼠（左）的視網(wǎng)膜變薄，缺乏桿狀感光細胞（紅色）。但是通過PESpRY系統(tǒng)糾正這種突變的小鼠（右）有更厚的視網(wǎng)膜，含有大量的桿狀細胞

接下來，研究團隊對基因編輯治療后的小鼠進行了各種行為測試，以確認治療的小鼠即使到了老年仍能保持視力。例如，這些治療后的小鼠能夠在視覺引導的水迷宮中找到出路，幾乎和正常健康的老鼠一樣，并且在視覺刺激下表現(xiàn)出典型的頭部運動。

姚凱教授

姚凱教授表示，編輯神經(jīng)視網(wǎng)膜細胞（尤其是不健康或即將死亡的感光細胞）基因組的能力，將為這些基因組編輯工具在治療視網(wǎng)膜色素變性等疾病方面的潛在應用提供更有說服力的證據(jù)。

他還表示，將PESpRY系統(tǒng)推進到人類治療，還需要進行進一步的安全性和有效性驗證，但這項研究為Prime Editing這種新型基因編輯技術(shù)在體內(nèi)基因治療的潛力提供了實質(zhì)性證據(jù)，特別是用于治療視網(wǎng)膜色素變性等遺傳性視網(wǎng)膜疾病。