登上Cell子刊封面：復(fù)旦大學(xué)開發(fā)出最強(qiáng)Fanzor基因編輯系統(tǒng)，單個AAV遞送，實現(xiàn)高效體內(nèi)基因編輯

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

以CRISPR-Cas9和CRISPR-Cas12系統(tǒng)為代表的可編程核酸酶能夠?qū)δ繕?biāo) DNA 進(jìn)行精確的基因編輯。

在已鑒定的 Cas 蛋白中，SpCas9 和 AsCas12a 表現(xiàn)出強(qiáng)大的基因編輯活性。然而，最常用的體內(nèi)基因遞送載體——腺相關(guān)病毒（AAV）的最大包裝容量為 4.7 kb，這不足以將 SpCas9（1368 個氨基酸）或 AsCas12a（1307 個氨基酸）封裝進(jìn)單個 AAV 載體中，需要拆分后使用雙 AAV 載體進(jìn)行遞送。

2023 年 6 月，CRISPR 基因編輯先驅(qū)張鋒教授在Nature期刊發(fā)表論文，首次在真核生物中發(fā)現(xiàn)了一種 CRISPR 樣系統(tǒng)——Fanzor，這是一種 RNA 引導(dǎo)的 DNA 切割酶，可在重編程后實現(xiàn)對人類基因組的精準(zhǔn)基因編輯。更重要的是，這種新型CRISPR樣系統(tǒng)，可以在重編程后實現(xiàn)對人類基因組的編輯。Fanzor 非常緊湊，僅為 400-700 個氨基酸，非常適合通過單個腺相關(guān)病毒（AAV）進(jìn)行體內(nèi)遞送。此外，其真核細(xì)胞起源，有望降低在人類細(xì)胞中的免疫原性。

然而，Fanzor 系統(tǒng)在哺乳動物和人類基因組編輯中效率低下，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。因此，有必要通過基因工程改造提高其在在人類細(xì)胞中的基因編輯效率。

2025 年 11 月 20 日，復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院周行濤、黃錦海、趙國麗團(tuán)隊在 Cell 子刊Molecular Cell上發(fā)表了題為：Engineered hypercompact Fanzor-ωRNA system with enhanced genome editing activity 的研究論文，該論文還被選為當(dāng)期封面論文。

該研究通過工程化改造，開發(fā)了具有更強(qiáng)基因組編輯 活性的超緊湊型Fanzor-ωRNA系統(tǒng)，編輯效率提升了 6-129 倍，使其成為目前 Fanzor1 家族中活性最強(qiáng)的 RNA 引導(dǎo)的真核內(nèi)切核酸酶。其還可被開發(fā)為堿基編輯器。更重要的是，該系統(tǒng)體積小巧，可通過單個 AAV 遞送至體內(nèi)，實現(xiàn)穩(wěn)健的體內(nèi) 基因組編輯，有望應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和疾病治療。

兩條自主航行的白色小船沿著精確繪制的 DNA 河流前行，象征著由單個 AAV 遞送的源自真核生物的 Fanzor 編輯器。陽光穿透云層，照亮大海，暗示著疾病治療的希望。當(dāng)小船抵達(dá)陽光照耀的航標(biāo)時，DNA 雙螺旋從藍(lán)色變?yōu)榻鹕瑯?biāo)志著精準(zhǔn)基因組編輯。旁邊，兩條滿載的木船在洶涌的海浪中艱難前行，劃槳者奮力朝著目標(biāo)前進(jìn)——代表著體積更大的 Cas9 編輯器和雙 AAV 遞送系統(tǒng)。

作為在真核生物中發(fā)現(xiàn)的首個可編程的 RNA 引導(dǎo)的 DNA 核酸酶，Fanzor以其緊湊的結(jié)構(gòu)在基因組編輯方面展現(xiàn)了巨大潛力。研究顯示，Fanzor廣泛存在于真核生物（Fanzor1）及其相關(guān)病毒（Fanzor2）中，然而，編輯效率低下限制了其在哺乳動物和人類基因組編輯中的應(yīng)用。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種基于 Fanzor 的小型化基因編輯系統(tǒng)——SpuFz1 V4，在人類基因組中展現(xiàn)了強(qiáng)大的基因編輯能力。通過對來自土壤真菌

Spizellomyces punctatus

研究團(tuán)隊通過將 DNA 切割活性喪失的 SpuFz1 與脫氨酶融合，開發(fā)出了基于 Fanzor 的堿基編輯器，實現(xiàn)了高效的 A·T-to-G·C 和 C·G-to-T·A 的單堿基編輯，證明了 Fanzor 平臺在腺嘌呤堿基編輯和胞嘧啶堿基編輯中的適用性。

此外，研究團(tuán)隊進(jìn)一步驗證了 SpuFz1 V4 的體內(nèi)編輯潛力，，得益于 SpuFz1 V4 的緊湊結(jié)構(gòu)，單個 AAV 就足以遞送 SpuFz1 V4 及其 ωRNA，將其注射到小鼠視網(wǎng)膜下，在體內(nèi)高效編輯了

Nfkb1

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 對真核生物 Fanzor SpuFz1 進(jìn)行理性工程改造，獲得了超強(qiáng)活性的 SpuFz1 V4；

• DNA 脫氨酶與 SpuFz1 融合，實現(xiàn)腺嘌呤和胞嘧啶堿基編輯；

• 緊湊型 SpuFz1 V4 支持單個 AAV 遞送用于體內(nèi)治療應(yīng)用。

總之，我們的研究展示了一種經(jīng)過工程改造的超緊湊型真核生物內(nèi)切酶，它在哺乳動物細(xì)胞中具有強(qiáng)大的基因編輯能力。

論文鏈接：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(25)00816-0