編輯丨王多魚

排版丨水成文

堿基編輯技術可以在動植物基因組中實現精準的堿基替換和基因敲除。不同于 CRISPR-Cas9，堿基編輯不依賴于 DNA 雙鏈斷裂，因此可極大地避免由 DNA 雙鏈斷裂導致的細胞毒性。

然而，近年的研究發現，堿基編輯產物中還可伴隨產生一部分非目標類型的堿基替換及indel（插入/缺失）副產物；此外，融合的脫氨酶組分也被發現可引起不依賴于 Cas 蛋白的脫靶效應，在應用上具有一定的隱患。因此，提升現有堿基編輯技術的精準性和安全性，在技術的轉化應用上具有重要價值。

2025 年 4 月 21 日，北京齊禾生科生物科技有限公司趙天萌團隊在NatureBiotechnology期刊發表了題為：QBEmax is a sequence-permuted and internally-protected base editor 的研究論文。

該研究開發了一種新型堿基編輯系統——QBEmax，實現了對堿基編輯技術的全方位升級優化：在保持高效編輯的同時，表現出更靈活的編輯窗口，顯著降低的 indel 和 DNA、RNA 脫靶，以及顯著提升的產物純度。

不同于常規堿基編輯系統中（如目前廣泛應用的 BE4max 系統）將脫氨酶直接融合在 Cas 蛋白的末端，該研究創新性地在將 Cas 蛋白的功能域進行整體性的結構重排的同時，將脫氨酶內嵌到重排蛋白的特定區域中，獲得一系列具有新的整體構象的堿基編輯器，并從中篩選獲得一個具有突出編輯表現的堿基編輯器，命名為QBEmax。

AlphaFold3 預測的 BE4max 和 QBEmax 分別與 sgRNA 及 DNA 靶標結合的結構

編輯副產物（包括indel和不純堿基編輯）及脫靶效應是應用堿基編輯技術在疾病治療時關注的重要問題。在整體編輯效率與 BE4max 相當的同時，QBEmax 引發的 indel 副產物顯著降低，平均降幅 56.6%；編輯產物純度則顯著提升，達到 99.4±0.4%。

該研究通過 R-loop 實驗和轉錄組測序，分析了 QBEmax 的脫靶效應。結果顯示，相較于 BE4max，QBEmax 的 DNA 和 RNA 脫靶均顯著降低，其中，DNA 脫靶降低 40%-83%，RNA 脫靶降低 29%，堿基編輯的精準度顯著提升。

CAR-T細胞療法是一類極具潛力的靶向細胞療法。研究發現，通過基因編輯敲除多種與免疫排異和移植物抗宿主病（GvHD）相關的基因，有助于提升 CAR-T 細胞的體內效力，有助于靶向癌癥藥物和自免細胞藥物的開發。在此類應用場景下，產物純度至關重要，因非純編輯產物可能導致新的堿基突變產生，引發額外風險。QBEmax 精準、干凈、安全的編輯特性有望為此類應用場景提供有力的工具支持。為此，該研究選擇了被報道可能與免疫排異和 GvHD 相關的 5 個靶基因（CISH, Fas, PD-1, TGFBR2, TRAC, 其中TGFBR2敲除endodomain），進行多重基因敲除。

結果顯示，QBEmax 在 5 個基因的平均編輯效率均與 BE4max 相當或更高；與此同時，indel 顯著減低，產物純度則顯著提高。在永生化的 T 細胞系 Jurkat 細胞中的表現類似。進一步地，在僅以 QBEmax 蛋白融合的熒光蛋白進行單一熒光流式分選的情況下，即在 89.3% 的單克隆中檢測到 5 個基因同時被編輯，展現了 QBEmax 高效的多重基因編輯能力。

QBEmax 介導高效精準多重基因敲除

為探究 QBEmax 優越編輯特性的結構基礎，研究團隊基于 AlphaFold3 預測的 QBEmax 蛋白-sgRNA-target DNA 三元結構，進行了分子動力學模擬和溶劑可及性分析。結果顯示，QBEmax 的環化重排和脫氨酶內嵌設計使其相較于 BE4max 呈現出更為穩定和緊湊的整體結構，內嵌的脫氨酶在空間上具有更小的自旋半徑，對 R-loop 中暴露的單鏈 DNA 區域可能起到一定的保護作用，減少了 UNG 的可及性，從而提高了產物純度，降低了 indel 的發生和脫靶效應。

BE4max 和 QBEmax 基因編輯結果

綜上所述，QBEmax 堿基編輯工具實現了對堿基編輯技術的全方位優化，在保持高效多重基因編輯能力的同時，產物純度顯著提高，indel 副產物和脫靶水平顯著降低，有望為包括 CAR-T 細胞療法在內的精準基因編輯應用場景提供有力的技術平臺。

北京齊禾生科生物科技有限公司胡佳成博士為論文第一作者；北京齊禾生科首席技術官趙天萌(Kevin Zhao) 博士為論文通訊作者；齊禾生科郭夢月、高強、賈鶴、賀名揚、王志偉、郭麗娜、劉關穩博士、高權對本研究有重要貢獻。該研究得到國家重點研發計劃、北京市科委、北京市農委的項目資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41587-025-02641-9