在基因编辑技术领域，哈佛大学教授 David R.Liu（刘如谦） 实验室曾做出不少突破性成果。他们曾开发了碱基编辑器（BE，base editor）和先导编辑器（PE，prime editor），从而能够准确地更改基因中的碱基，进而有望治疗因基因突变产生的疾病。
其中， 先导编辑器更是成为近年来最受瞩目的基因编辑技术之一。 但是，如何将这些新的编辑技术，以安全、有效的方式递送到生物体内，仍是一个亟待突破的问题。
目前，已经开发出来的两大类可递送技术，都可以递送像基因编辑蛋白那样的大分子载体。
这两种递送技术主要是：
一是利用一些病毒能够进入生物体的能力，来移除病毒本身的基因，将其取代为基因编辑蛋白的 DNA，让基因编辑蛋白在递送后，可以在细胞内表达并编辑相应的基因；
二是利用非病毒载体，最具有代表性便是已被广泛用于疫苗的固体脂质纳米粒。
但是，病毒型载体和非病毒型载体，各有各的优点和缺点。
病毒型载体，往往可以实现高效的递送，但是由于可递送的 DNA 大小，受限于病毒本身的基因大小，因此大分子蛋白往往要被一分为二，只有这样才能载入到两个载体中进行递送。
而且当把基因编辑器以 DNA 形式递送之后，会长期在细胞内表达，因此可能会产生一些副作用。
非病毒型载体，主要采用 mRNA 形式或蛋白形式来递送基因编辑器，所以在进入细胞体内很快就会被分解。然而，在肝以外的器官之中，当前固体脂质纳米粒技术的递送效率并不乐观。
因此，仍然需要一个新的载体，它不仅可以有效地递送大分子蛋白，而且没有大小的限制，最好能以短期内可自然分解的 mRNA、或蛋白的形式递送，并且可以高效递送到器官中。
两年之前，该团队开发了病毒样颗粒（eVLP，engineered virus-like particle）来递送碱基编辑器 [1]。
图 | BE-eVLP（来源：Cell, 2022）
病毒样颗粒，是一个类似病毒的载体，它具有病毒的外核，但是不包含病毒的基因，同时可以载入 mRNA 和蛋白，并能有效地递送到细胞内。
可以说，eVLP 结合了病毒类和非病毒类的优点，并排除了它们各自的缺点，因此是一个非常理想的基因编辑器载体。
因此，该团队也着重提高了在生产 eVLP、载入和递送碱基编辑器时的效率，让碱基编辑器能被高效率地递送到各类细胞以及大脑、肝、眼睛等器官。
据了解，上一代的碱基编辑器可以将 DNA 碱基中的「A」更改为「G」, 或者将「C」更改为「T」。 而新一代的先导编辑器既能实现任意的更改，也能实现小规模 DNA 的增加和删除，因此使用起来更加灵活，应用范围也更广泛。
在近期一项研究中，该课题组的博士生安美睿和同事通过优化先导编辑器的载入和递送，开发了第三代 PE-eVLP，填补了此前的技术空白地带，为递送先导编辑器增加了一个新选项。
图 | 安美睿（来源：安美睿）
这样一来，先导编辑器不再需要被分载于多个载体，并能以可快速分解的蛋白形式递送，从而能够极大提高安全性、有效性和可生产性。
2023 年 12 月，美国食品药品监督管理局批准了首个利用 CRISPR-Cas9 系统治疗基因疾病的药物。目前，利用碱基编辑器的临床试验正在进行中。
「预计在未来几年之内，业内也将开展关于先导编辑器的临床试验，以用于治疗广泛的基因疾病。届时，利用 eVLP 递送先导编辑器的方式，或能在一些领域发挥用武之地。」安美睿表示。
之所以能有这份底气，是因为她和所在团队针对基因突变引起 rd12 视盲症的小鼠模型，利用 PE-eVLP 递送先导编辑器后，7% 的小鼠视网膜细胞通过基因编辑得到了正确的基因顺序。
并且这些小鼠不同程度地恢复了视力，这个案例有力证明了 PE-eVLP 被用于治疗基因疾病的潜力。
（来源：Nature Biotechnology）
事实上，安美睿刚来到该课题组的时候，组里正在进行 BE-eVLP 的开发，效果也非常不错。当时，负责开发 BE-eVLP 的同事，曾经探索过能否直接照搬递送碱基编辑器的系统来递送先导编辑器。
然而，答案是否定的。因为仅仅简单地把碱基编辑器换成先导编辑器，并不能有效地将先导编辑器于细胞内。
于是，在安美睿加入实验室之后，她和同事决定专注于提高先导编辑器的递送。研究中他们发现，虽然先导编辑器和碱基编辑器的构造大体雷同，但是由于先导编辑器的很多特性，导致其递送效率降低。
通过剖析 eVLP 的形成、以及载入蛋白到递送蛋白的每个过程，他们发现了影响递送效率的因素，并利用不同策略优化了这些负面因素。
比如，用于先导编辑器的 gRNA（pegRNA），比用于碱基编辑器的 gRNA（sgRNA）结构更加复杂。
因此，pegRNA 的递送效率相比 sgRNA 要低很多。后来，他们通过制定相关策略，提高了先导编辑器 pegRNA 的递送效率。
事实上，每一次优化所带来的进步都很微小，很多时候优化之后只比前一代提高 1.2 倍左右。甚至连安美睿自己也开始怀疑，这么一点点的提高值得被认为是「进步」吗？
而当第二代 PE-eVLP 在培养皿细胞中的递送效率得以显著提高后，他们进一步开展了动物实验，测试了 PE-eVLP 在小鼠大脑的递送效率。
然而测试结果比较惨淡，于是他们继续进行优化，最终让第三代 PE-eVLP 在小鼠模型的大脑和眼睛上都得到了优秀效果。
不积跬步无以至千里，经过一层又一层的优化后，通过一个又一个小进步的积累，她和同事收获了十分可观的成果，相比第一代 PE-eVLP 在一些应用中的效率，第三代 PE-eVLP 的效率最终得到了 170 倍的提高。
（来源：Nature Biotechnology）
也正是在这项研究之中，安美睿第一次成为项目主导人。为了表征 PE-eVLP 在生物体中的递送效率，必须得做小鼠实验。
她说：「在进入这个项目之前，从未想象过自己会去做动物实验，之前我几乎害怕所有的动物。师姐可以几秒内灵活地抓住一只小鼠，我却需要先做心理准备，等到最后完成动作，往往需要几倍的时间。」
但是接触多了，她发现只要规范操作，就没有什么做不到的事。同时，她还学会了麻醉、注射、解剖等技能。
最终，相关论文以【用于体内瞬时递送引物编辑器核糖核蛋白复合物的工程病毒样颗粒】（Engineered virus-like particles for transient delivery of prime editor ribonucleoprotein complexes in vivo）为题发在 Nature Biotechnology [2]。
安美睿是第一作者，哈佛大学 David R.Liu 教授担任共同通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Nature Biotechnology）
论文发表之后，也有一些其他实验室向他们提出合作邀请。因此，后续安美睿计划专注于开拓 PE-eVLP 在不同情境中的应用，从而实现更多的功能。
参考资料：
1.Banskota, S., Raguram, A., Suh, S. et al. (2022) Engineered virus-like particles for efficient in vivo delivery of therapeutic proteins. Cell , 185(2), 250-265 e216. https://doi.org/10.1016/j. cell .2021.12.021
2.An, M., Raguram, A., Du, S.W.et al. Engineered virus-like particles for transient delivery of prime editor ribonucleoprotein complexes in vivo. Nat Biotechnol (2024). https://doi.org/10.1038/s41587-023-02078-y
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