《Experimental Eye Research》：Prime editing for ocular gene therapy and disease modeling: a narrative review of advances, delivery, and translational readiness
编辑推荐：
Prime editing是一种无需双链断裂或外源供体的精准基因组编辑技术，通过pegRNA引导Cas9 nickase和逆转录酶实现碱基替换或插入/缺失。近年通过优化Cas9/RT结构、改进pegRNA设计及调控DNA修复通路，其编辑效率达50%以上，在视网膜细胞和动物模型中成功治疗遗传性视网膜病并调节血管生成。随着递送系统（如AAV纳米颗粒）和编辑器变体（PE7）的进步，Prime editing有望成为眼科疾病的新型治疗平台。
张青|杨艳辉|黄雄高|马俊凯|段亚健|马高恩|雷合天
中国新乡市河南医科大学第三附属医院眼科
摘要
Prime编辑是一种多功能的“查找并替换”基因组编辑技术，它通过反转录Prime编辑引导RNA（pegRNA）3′端编码的RNA模板，实现对基因序列的精确和灵活的修正。该技术无需双链DNA断裂或外源供体模板，即可在活细胞中引入核苷酸替换、插入或/和删除（indels）。自2019年问世以来，Prime编辑技术迅速发展——从第一代Prime编辑器（PE1）发展到PE7及其他下一代变体，编辑效率从最初的0.7–5.5%提升至体外超过50%。通过优化Cas9和逆转录酶结构域、改进pegRNA设计、招募辅助蛋白以及调节DNA修复途径等措施，大大提高了编辑效率、产物纯度和目标范围，适用于多种细胞类型和组织。这些进展在眼科领域尤为重要，因为许多致盲疾病由点突变或小范围插入/删除引起，而这些正是Prime编辑的理想修正对象。最近在视网膜细胞和动物模型中的研究表明，Prime编辑在治疗遗传性视网膜疾病、调节病理性血管生成以及实现有丝分裂后光感受器和视网膜色素上皮细胞的精确基因修复方面具有巨大潜力。随着递送载体和新型PE变体的不断改进，Prime编辑有望成为治疗多种眼部疾病的下一代平台。
引言
自从发现化脓性链球菌（Sp）Cas9作为一种可编程内切酶（Jinek等人，2012年）以来，基于CRISPR的基因组编辑技术极大地提升了我们精确操作基因组的能力。最初的碱基编辑器旨在实现四种标准碱基转换（C→T、G→A、A→G、T→C），且不会产生双链DNA断裂（DSBs）。尽管最新进展使其能够介导几乎所有可能的碱基替换，但这些下一代编辑器仍面临一些挑战，如在不同序列背景下的效率差异、某些位点的编辑精度较低，以及无法引入特定的插入或删除（indels）（Ertl，2024年；Ng等人，2024年）。同源定向修复（HDR）可以纠正所有类型的突变，但DSBs的存在、对外源供体的依赖性以及意外的插入/删除或重排限制了其临床应用（Ihry等人，2018年；Kosicki等人，2018年）。
2019年推出的Prime编辑技术旨在解决这些限制（Anzalone AV，2019年）。这种多功能的“查找并替换”技术利用Cas9 H840A切割酶（nCas9）与工程化的逆转录酶（RT）结合，并由Prime编辑引导RNA（pegRNA）引导，直接在基因组中写入新的遗传信息，无需DSBs或外源供体DNA。理论上，Prime编辑可以实现所有十二种可能的碱基替换以及精确的插入/删除。包括优化Cas9和RT变体、改进pegRNA结构、招募辅助蛋白以及调节DNA修复途径在内的持续改进，显著提升了分裂和非分裂细胞中的编辑效率、产物纯度和目标范围。这些进展加速了Prime编辑在多种生物系统和疾病模型中的应用，包括那些传统上难以编辑的组织（Chauhan等人，2025年；Crunkhorn，2025年；Davis等人，2024年；Ely等人，2024年；Liu等人，2025年；Sousa等人，2025年）。
眼睛是Prime编辑最具应用前景的靶器官之一。其相对免疫特权（Botto等人，2022年；Bucher等人，2021年；Ng等人，2024年）降低了基因编辑试剂引发的炎症反应；封闭的解剖结构允许通过玻璃体注射、视网膜下注射或脉络膜上注射实现可控的局部递送。眼部组织的光学透明性使得治疗效果能够被直接、无创地监测；同时，较小的组织体积减少了治疗所需的载体剂量。重要的是，许多遗传性视网膜疾病（IRDs）由点突变或小范围插入/删除引起，而这正是Prime编辑所擅长的修正类型。最近在视网膜类器官、光感受器、视网膜色素上皮（RPE）细胞和动物模型（包括小鼠和非人灵长类动物）中的研究显示，Prime编辑在治疗遗传性视网膜疾病、调节病理性血管生成以及实现精确基因修复方面的可行性日益增强（Fu等人，2025年；Geiger等人，2025年；Huang等人，2025年；Jo等人，2023年；Levesque等人，2025年；She等人，2023年）。
随着递送载体和Prime编辑器（PE）变体的不断改进，Prime编辑成为治疗多种眼部疾病的下一代平台。腺相关病毒（AAV）工程、基于纳米粒子的递送方式以及双载体策略的发展，使得眼睛成为Prime编辑早期临床应用的理想器官。本综述更新了Prime编辑技术的最新进展，重点介绍了关键突破、新兴的递送策略及其作为治疗平台的巨大潜力——尤其是在遗传性视网膜疾病方面。
Prime编辑器1-3
第一代Prime编辑器（PE1）奠定了Prime编辑的概念基础。它由nCas9与野生型moloney鼠白血病病毒（M-MLV）逆转录酶（RT）和pegRNA融合而成（Anzalone AV，2019年）。pegRNA包含三个功能模块：（i）引导nCas9结合的单一引导RNA支架；（ii）与切割后的基因组3′端杂交的引物结合位点（PBS）；（iii）编码目标编辑内容的RT模板（图1）。机制上，nCas9通过这些模块实现基因组修饰。
Prime编辑在动物模型中的应用
优化的PE系统显著扩展了体内基因组操作的范围。例如，基于PE-Cas9的删除和修复（PEDAR）平台能够实现精确的大片段删除和替换（最长约10 kb），具有高准确性。在酪氨酸血症小鼠模型中，PEDAR成功修复了1.38 kb的致病性插入，在约20–40%的肝细胞中实现了精确修复，并且目标位点的插入/删除现象极小（<2–5%）（Dong等人，2022年）。遗传性视网膜疾病
眼睛因其独特的解剖和生理特性成为基因治疗的理想器官。首先，它具有免疫特权，减少了炎症反应的风险；其次，封闭的解剖结构使得治疗剂能够被精确地局部递送；第三，结合现有的外科技术和无创成像方法，可以实现精准的基因修饰。Prime编辑的挑战与未来发展方向
尽管取得了这些进展，但在Prime编辑广泛应用于视网膜或系统性血管疾病之前，仍需解决若干问题。不同物种、组织和基因组位点的编辑效率存在差异，这给技术推广带来了复杂性。虽然Prime编辑减少了DSBs的产生，但脱靶编辑和旁观者效应仍需进行严格的临床前评估。尤其是向非分裂的内皮细胞和视网膜细胞递送药物仍是一个技术难题。Prime编辑的局限性与伦理问题
尽管Prime编辑技术进展迅速，但在眼部及血管应用中仍存在显著局限性，尤其是精度、持久性和安全性方面。递送挑战仍然是主要障碍：内皮细胞和视网膜细胞大多处于静止状态，限制了编辑效率；此外，不同物种间染色质可及性的差异也影响了递送效果。作者贡献声明
雷合天：撰写——审稿与编辑，资金获取，概念构思。马高恩：撰写——审稿与编辑。段亚健：撰写——审稿与编辑。马俊凯：撰写——初稿。杨艳辉：撰写——初稿。张青：撰写——初稿。黄雄高：撰写——初稿未引用的参考文献
Anzalone等人，2019年。
资金支持
本研究得到了国家自然科学基金（NSFC，项目编号82070989）对H.L.的支持；宁夏自然科学基金（项目编号2024AAC03209）对Y.Y.的支持；高级外国专家引进计划（G2022026027L）对H.L.和G.M.的支持；海南省外国专家项目（G20241024015E）对H.L.的支持；以及河南省医学科学挑战计划（SBGJ202102190）对G.M.的支持。这些资助机构未参与研究设计、数据收集与分析过程。利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
