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灵长类动物的全脑中尺度映射受到大脑尺寸大和可用显微镜方法相对较低的阻碍。

2021年7月26日，中国科学技术大学毕国强及刘北明共同通讯在Nature Biotechnology  在线发表题为“High-throughput mapping of a whole rhesus monkey brain at micrometer resolution”的研究论文，该研究提出了一种将灵长类动物优化的组织切片和清除与超高速荧光显微镜相结合的方法，通过同步实时扫描和读出技术实现改进的体积成像，并且在 100 h 内能够完成恒河猴在 1 × 1 × 2.5 µm3 分辨率全脑成像。该研究还开发了一种高效方法，用于在数百 TB 的数据集中对稀疏轴突纤维进行远程追踪。总之，该研究通过自主研发的高通量三维荧光成像VISoR技术（以下简称VISoR技术）和灵长类脑图谱绘制流程，实现了对猕猴大脑的微米级分辨率三维解析。

另外，2021年7月22日，北京大学贾桂芳，芝加哥大学何川及贵州大学宋宝安共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials”的研究论文，该研究表明人类 RNA 去甲基酶 FTO 在水稻中的转基因表达导致温室条件下谷物产量增加三倍以上。在田间试验中，水稻和马铃薯中 FTO 的转基因表达导致产量和生物量增加约 50%。该研究证明 FTO 的存在刺激根分生组织细胞增殖和分蘖芽形成并促进光合作用效率和耐旱性，但对成熟细胞大小、枝条分生组织细胞增殖、根直径、植物高度或倍性没有影响。FTO 在植物 RNA 中介导大量 m6A 去甲基化，诱导染色质开放和转录激活。因此，植物 RNA m6A 甲基化的调节是显著提高植物生长和作物产量的一种有前景的策略。

2021年6月21日，北京大学魏文胜团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“ Genome-wide interrogation of gene functions through base editor screens empowered by barcoded sgRNAs ”的研究论文，该研究报告了一种独立于 DSB 的全基因组 CRISPR 筛选方法，称为 iBARed 胞嘧啶碱基编辑介导的基因 KO (BARBEKO)。 结果表明， BARBEKO方法为原代细胞、类器官或模式动物体内等复杂生物模型的高通量筛选提供了更优的选择；为数量受限的细胞样品（如病人来源的细胞）提供了高效筛选方案，因此是基因功能和临床前研究的有力工具。

2021年4月15日，中国科学院遗传发育研究所高彩霞团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“ Genome-wide specificity of prime editors in plants ”的研究论文，该研究为了在植物中提供系统的评估，检查了植物细胞中PE的错配耐受性，发现编辑频率受引物结合位点和pegRNA（prime editing guide RNA）间隔区错配的数量和位置的影响。 该研究评估12个pegRNA在179个预测的脱靶位点的活性，发现仅检测到低频率的脱靶编辑（0.00〜0.23％）。 对29种经PE处理的水稻植株进行全基因组测序证实，PEs不会诱导全基因组不依赖pegRNA的脱靶单核苷酸变体或小的插入/缺失。该研究还显示，莫洛尼鼠白血病病毒逆转录酶的异位表达作为PE的一部分不会改变逆转录转座子的拷贝数或端粒结构，也不会导致将pegRNA或信使RNA序列插入基因组。 综上所述，引导编辑系统在全基因组范围具有很高的编辑特异性（）。

2021年3月11日，中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队在Nature Biotechnology 在线发表了题为“Comprehensive profiling of circular RNAs with nanopore sequencing and CIRI-long” 的文章，研究内容为高效测定环形RNA全长转录本的实验和计算方法。本研究主要是利用随机引物对环形RNA进行的滚环反转录扩增，然后应用纳米孔测序技术对环形RNA的全长序列进行直接测序，并使用开发的CIRI-long 算法识别长测序读段中的环形RNA序列并进行全长重构。实验结果表明，与传统的环形RNA二代测序技术相比，该方法将环形RNA检测灵敏度提升了20倍，并可实现对不同长度（<100bp - 5kb）的环形RNA全长序列的无偏识别，大幅提升了环形转录本的重构能力，为其功能研究提供了重要的实验方法和计算工具（

2021年3月26日，Nature Biotechnology杂志在线发表了 中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组与李家洋研究组 合作题为“ High-efficiency prime editing with optimized, paired pegRNAs in plants ”的研究论文。该研究开发了高效设计pegRNA以及提高植物引导编辑效率的新策略（

2021年1月11日，上海交通大学系统生物医学研究院 蔡宇伽 教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院 洪佳旭 主任合作在 Nature Biotechnology  发表题为 “ Targeting herpes simplex virus with CRISPR–Cas9 cures herpetic stromal keratitis in mice ”的研究论文。该研究基于蔡宇伽团队前不久开发的我国原创性基因治疗递送技术——类病毒体-mRNA递送平台（VLP-mRNA）。使用该递送平台，研究团队进行了CRISPR体内基因编辑治疗病毒性角膜炎的临床前研究，有效抑制了HSV-1病毒复制，成功治愈了疱疹性角膜炎的模型小鼠，防止了病毒复发。 研究团队将该技术命名为   HELP （ H SV-1- E rasing  L entiviral  P articles ） 。 HELP 技术 突破了现有的阿昔洛韦等传统小分子药物的局限， 可以直接清除体内潜伏的病毒，有望给病毒性角膜炎患者带来根本上的治愈（ 。

单纯疱疹病毒（HSV）是疱疹病毒的典型代表，由于感染急性期发生水疱性皮炎即单纯疱疹而得名。根据抗原特性的差别，HSV分为HSV-1和HSV-2两种血清型。

人是单纯疱疹病毒（HSV）的天然宿主。HSV在人群中感染极为普遍，其中I型单纯疱疹病毒（HSV-1），是全世界最常见的人类病毒之一，全世界50-90％的人口曾感染过该病毒。HSV病毒感染仍然是尚未被攻克的医学难题，至今，既无疫苗可用，也无药物可以根治。

 

HSV-1的感染可引起多种疾病，包括单纯疱疹性脑炎，如果不及时治疗，死亡率很高。近年来，HSV-1感染也被认为是导致帕金森病和阿尔兹海默症的重要因素。

眼角膜的HSV-1感染可引起疱疹性基质性角膜炎（HSK），这是感染性失明的首要原因。HSV-1感染角膜后，可在三叉神经节潜伏，形成病毒库。在全球范围内，估计每年有150万个角膜HSV复发案例，至少造成4万人失明。

 

在临床上，存在不少病毒性角膜炎患者接受角膜移植恢复透明不久，HSV病毒颗粒再次从神经节释放导致角膜移植失败的案例。

目前HSV-1感染导致的病毒性角膜炎的一线治疗药物是阿昔洛韦（ACV），然而，阿昔洛韦问世以来的长达半个世纪的时间内，仍然没有出现一种可以清除角膜和三叉神经节内病毒的医疗技术。因此，病毒性角膜炎至今都是无法根治的眼科疾病。

因此，如何在保证安全的基础上，直接降解病毒的基因组，甚至从根源的三叉神经节内有效清除潜伏的HSV成为了一个新的研究方向。

 

在一次哈佛-波士顿学者的学术活动上，基因编辑与病毒学背景的蔡宇伽教授遇见了研究角膜病的临床医生洪佳旭。双方经过交流后，发现两人不谋而合都在进行病毒性角膜炎的基因编辑治疗探索。彼时，蔡宇伽正为临床样品发愁，且对于该技术将来能否应用到临床并不确信、对于临床上如何给药也没有答案；而洪佳旭则苦恼没有合适的基因编辑递送系统，所使用的AAV在动物上没有实现治疗效果。双方起初有些担心竞争，但各自回去思考之后，很快决定联手去攻克病毒性角膜炎这个医学难题。

日前，上海交通大学系统生物医学研究院蔡宇伽教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任合作，在国际顶尖学术期刊《自然·生物技术》（Nature Biotechnology ）杂志上发布了一项题为：Targeting herpes simplex virus withCRISPR–Cas9 cures herpetic stromal keratitis in mice（使用CRISPR–Cas9靶向单纯疱疹病毒治愈小鼠疱疹性基质性角膜炎）的研究论文。

该研究基于蔡宇伽团队前不久开发的我国原创性基因治疗递送技术——类病毒体-mRNA递送平台（VLP-mRNA）。使用该递送平台，研究团队进行了CRISPR体内基因编辑治疗病毒性角膜炎的临床前研究，有效抑制了HSV-1病毒复制，成功治愈了疱疹性角膜炎的模型小鼠，防止了病毒复发。

研究团队将该技术命名为 HELP（HSV-1-Erasing Lentiviral Particles）。HELP技术突破了现有的阿昔洛韦等传统小分子药物的局限，可以直接清除体内潜伏的病毒，有望给病毒性角膜炎患者带来根本上的治愈。

研究团队首先设计了两条靶向HSV-1生命周期中的关键基因的向导RNA（gRNA），以使Cas9可以在HSV-1基因组上直接剪切，造成其降解。

为了使得基因编辑更为安全，研究人员使用了新型的基因编辑递送技术，即VLP-mRNA，来递送Cas9 mRNA。VLP-mRNA可以同时递送Cas9和gRNA，克服了长期以来AAV递送携带能力过小的问题，以及长时间表达Cas9的带来的安全风险。VLP-mRNA技术近日获得了国家专利授权，并成功实现了成果转化。该技术可以最大限度的减少CRISPR基因编辑的脱靶风险，是目前最先进的体内基因编辑递送技术，有望引领基因编辑的‘二次革命’。

图1：HELP的工作原理及其生产过程

为了证明HELP的抗病毒效果，蔡宇伽和洪佳旭研究团队采用了预防型、治疗型和复发型三种不同的小鼠感染模型。研究人员发现，HELP在这三种不同的HSV感染模型上，均有效地阻止了HSV-1的复制，并防止了疱疹性基质性角膜炎的发生（图2）。

图2：HELP在病毒感染的治疗模型上的治疗效果展示

令人兴奋的是，研究人员发现了HELP可以从角膜逆行运输到三叉神经节，清除HSV-1病毒库的证据（图3）。作为对照，传统药物阿昔洛韦（ACV）尽管也可以抑制角膜内的病毒复制，却无法对三叉神经节内的病毒起到任何限制作用（图3）。

图3：HELP清除角膜内与三叉神经节内的疱疹病毒

此外，研究者利用捐献者角膜也观察到HELP可以有效的清除人角膜内的HSV-1病毒。

CRISPR基因编辑技术的诞生为许多疾病治疗带来了全新见解，但其潜在脱靶性在很大程度上限制了临床应用的进度，考虑到脱靶性可能带来的安全性问题，研究团队进行了全基因组测序，并未发现HELP引起脱靶现象。这可能跟HELP技术是以mRNA的形式完成Cas9的递送有关。基于mRNA递送的CRISPR，基因编辑酶Cas9在体内停留时间很短。因而，基因编辑是瞬时的，可最大限度的降低脱靶风险和减少免疫反应。

 

据悉，审稿专家认为该工作的结果通过多种技术手段相互印证，罕见地表达出高度赞赏：数据质量近乎完美（the quality of the data is nearexceptional），令人信服。该研究是对抗病毒领域的杰出贡献（make an excellent contribution tothe field）。

专家点评：

中华医学会眼科分会角膜病学组组长、山东省眼科医院院长史伟云教授的评价：“长期以来，反复发作的病毒性角膜炎是临床治疗的难点。现有抗病毒与抗炎治疗并不能从根本上解决病毒潜伏于三叉神经元的问题。上海交通大学蔡宇伽教授和复旦大学洪佳旭主任在国际顶尖期刊Nature Biotechnology发表的原创型的基因编辑治疗技术为病毒性角膜炎的根治提供了新的解决思路，值得期待。”

 

中山大学中山眼科中心副主任袁进教授认为：“将基因编辑运用于单疱病毒性角膜炎的治疗无疑是0到1的创新突破。该研究证实在单疱病毒性角膜炎动物模型上通过基因编辑可抑制HSV病毒的转运和复制，有希望成为一种病毒性角膜炎的全新疗法，解决病毒性角膜炎复发这一临床难题。”

 

阿斯利康（瑞典）基因治疗项目高级科学家李松沅博士认为“革命性的基因编辑技术带来了从根本（DNA）层面上解决疾病成因的可能性。随着基因编辑工具的不断发展成熟，如何将这些工具更好地递送进入病灶内，并降低这些工具在细胞中产生的长期风险，成为了基因治疗领域日益突显的新挑战。蔡宇伽教授开发的VLP-mRNA递送平台，创性地将类病毒颗粒(VLP)和基因编辑工具的递送结合起来，在病毒性角膜炎的动物模型中实现了有效且安全的基因编辑。VLP-mRNA的出现解决了传统的AAV递送平台存在的包装尺寸限制问题，且将基因编辑工具的表达载体由长期存在的DNA替换成了瞬时表达mRNA，极大地提高了使用基因编辑工具的灵活性和安全性。”

 

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院的洪佳旭主任在伦理委员会的论证及许可下，目前正在主持开展HELP技术应用于难治性病毒性角膜炎的临床研究。

 

总的来说，本研究有力地支持了HELP作为一种全新的抗病毒疗法的临床潜力，为难治性病毒性角膜炎患者带来光明的希望。预期HELP技术的成功，将加速体内基因编辑治疗的发展，引领基因编辑治疗进入mRNA递送的全新时代。

 

上海交通大学系统生物医学研究院博士生尹笛、凌思凯为该论文的共同第一作者，上海交通大学系统生物医学研究院蔡宇伽教授和复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任为共同通讯作者，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、上海交通大学附属瑞金医院、丹麦奥胡斯大学的科学家参与了本研究，并做出了重要贡献。

 

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