CRISPR双重开关：化药协同核酸药系统实现体内主动可控
时间控制是CRISPR核酸药物安全成药的关键难题。若CRISPR在体内持续激活时间过长，非预期基因组改变风险——包括脱靶编辑、片段缺失及染色体重排——会显著上升。DNA修饰一旦完成即稳定存在，无需编辑系统持续高活性运转。
当前，以首款获批疗法Casgevy为代表的多项进入临床后期的CRISPR技术，已充分验证基因编辑在疾病治疗中的巨大潜力【1】。但这些系统的时序控制仍依赖RNA或蛋白组分的自然降解，属于被动式调控。主动调控则允许通过外部信号精确控制编辑的启动与终止，显著增强精准度与安全性，进一步拓展CRISPR的应用场景。
实现主动控制并非易事。CRISPR核酸酶起源于微生物防御机制，催化效率极高，但治疗性编辑必须在特定细胞类型、靶位点及时间窗口内完成。在多种外部触发方式中，合成且正交的小分子药物提供了一个可行的解决方案。所谓“正交”，指编辑系统仅受外源小分子调控，不被体内内源或环境外源因素干扰。小分子药物组织分布广，可透过血脑屏障，具备动态可逆的调控特性，是理想的体内基因编辑外源开关。
王宇团队早在2018年即开发出初代药控系统HIT（Hybrid Inducible Technologies）系列。该系列首批利用蛋白核定位调控策略控制CRISPR，通过化学药物调控核酸酶入核过程，进而控制其对基因组靶点的可及性，实现药物依赖性调控（Nucleic Acids Res., 2018; Mol. Ther. Nucleic Acids, 2018）【2, 3】。但HIT系统当时只经过细胞短时测试，距离治疗级体内验证仍有显著差距。
2026年5月27日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所王宇团队，联合复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭团队，在Science Translational Medicine以封面论文形式发表重要成果。论文标题为“Coordinated regulation using small-molecule drugs enables controlled therapeutic genome editing and enhanced genomic precision in situ”，展示了升级版小分子可控CRISPR系统，标志着CRISPR核酸药物向更严谨、更精准、更主动可控方向迈出关键一步【4】。
期刊封面（封面设计：王宇/洪佳旭团队）
研究团队开发出两套系统，分别命名为PRINCE与Little Prince。PRINCE全称为“nuclease proteins and guide RNAs both inducible for programmable nucleases under control effectively”（核酸酶蛋白与向导RNA均被诱导，从而有效控制可编程核酸酶）。该命名直指核心设计：协同调控核酸酶蛋白与向导RNA两个组分，而非仅控制其中一种。Little Prince则针对体内递送设计为紧凑版本。作者作为《小王子》爱好者，借用这一迷你名称向经典致敬，同时希望借助对编辑系统时间维度的精准把控，为患者尤其是儿童罕见病患者提供更安全、更精准的基因治疗选择【5】。
该项工作之前，包括HIT在内的诱导型CRISPR系统通常只控制编辑蛋白或仅控制向导RNA。王宇团队发现，单一组分控制不足以实现严格调控，尤其在编辑系统长期稳定表达时，容易产生背景活性。
因此，PRINCE与Little Prince首次采用“双层协同控制”策略。第一层控制核酸酶蛋白：通过小分子响应模块（如核定位调控或蛋白稳定性调控）调节核酸酶功能状态。第二层控制向导RNA：如利用多西环素响应系统调控向导RNA生成。这种协同调控在编辑效率与调控严密性间取得平衡：既维持高效靶向编辑活性，又将无诱导剂条件下的背景编辑与脱靶风险降至最低。
在人源细胞中，PRINCE构件稳定整合至基因组后，经长期培养仍保持高度可控性。无诱导剂条件下，细胞仅显示极低的背景活性；连续两年培养过程中，只需短暂暴露于药物诱导剂24小时，即可高效激活编辑。全基因组分析显示，相比持续表达型CRISPR系统，PRINCE产生的脱靶位点显著减少。基于该设计原则，研究团队进一步拓展至先导编辑，通过协同调控系统的切口酶与向导RNA，实现先导编辑的严格主动控制。
为适配体内递送，研究团队进一步创建Little Prince。该紧凑版本基于小型核酸酶构建，可包装于单个腺相关病毒载体（AAV）中。
在高胆固醇血症人源化小鼠模型中，研究人员利用AAV8递送Little Prince，靶向肝脏中人源PCSK9基因。药物诱导后，系统在体内原位产生高效编辑；未接受药物诱导的小鼠，其背景编辑水平与阴性对照（包括无编辑器对照）相当。功能检测显示，血清总胆固醇与低密度脂蛋白胆固醇约下降50%。
在复旦大学洪佳旭团队合作支持下，研究人员进一步在人源化新生血管性年龄相关性黄斑变性小鼠模型中测试Little Prince。系统靶向视网膜中人源VEGFA。药物诱导显著降低了病理性血管渗漏与病灶面积，视网膜电图检测证实视网膜功能得到改善。
总体来看，在细胞与动物实验中，相比持续表达型编辑器，Little Prince表现出更少的脱靶位点及更低的脱靶编辑频率。这些结果支持一项重要结论：严谨的主动时间控制能在保留治疗性靶向编辑活性的同时，提升基因编辑的精确度与基因组安全性，有望优化编辑技术成药的有效性/安全性平衡。
在此基础上，研究团队进一步评估了该策略的长期安全性，并将其拓展至碱基编辑、先导编辑等更多编辑器及疾病谱。待有效性与安全性获得充分验证后，该策略将推进至临床转化（未发表结果）。
在随论文一同发表的summary中，编辑指出：控制基因编辑的持续时长有望提升安全性，但精准的时间控制是一项巨大挑战；这项工作成功攻克此难题，并展现出临床转化潜力。
这项研究也体现出重要的领域交叉理念：将小分子药物这一“传统”药物形式与CRISPR这一“现代”基因治疗药物形式相结合。小分子药物虽历史悠久，但其组织分布、给药调控及可逆性等经典优势，恰好能为基因编辑技术提供所需的时序控制能力。没有过时的领域，只有不可替代的经典优势与价值。
中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所助理研究员张菊、深圳大学博士后陈丽、复旦大学附属眼耳鼻喉科医院朱星宇为该论文共同第一作者。中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所研究员王宇与复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭为共同通讯作者。周行涛、蔡雨珊、韦诗弦、周旭娇、石咏诗、刘传承、黄成思、毕胜光、吴凤梅为参与作者，对本工作做出重要贡献。
参考资料
1.H. M. Barber, A. A. Pater, K. T. Gagnon, M. J. Damha, D. O'Reilly, Chemical engineering of CRISPR-Cas systems for therapeutic application, Nat. Rev. Drug Discov. 24, 209-230 (2025).
2. J. Lu, C. Zhao, Y. Zhao, J. Zhang, Y. Zhang, L. Chen, Q. Han, Y. Ying, S. Peng, R. Ai, Y. Wang, Multimode drug inducible CRISPR/Cas9 devices for transcriptional activation and genome editing, Nucleic Acids Res. 46, e25 (2018).
3. C. Zhao, Y. Zhao, J. Zhang, J. Lu, L. Chen, Y. Zhang, Y. Ying, J. Xu, S. Wei, Y. Wang, HIT-Cas9: A CRISPR/Cas9 Genome-Editing Device under Tight and Effective Drug Control, Mol. Ther. Nucleic Acids 13, 208-219 (2018).
4. J. Zhang, L. Chen, X. Zhu, Y. Cai, S. Wei, X. Zhou, Y. Shi, C. Liu, C. Huang, S. Bi, F. Wu, X. Zhou, J. Hong, Y. Wang, Coordinated regulation using small-molecule drugs enables controlled therapeutic genome editing and enhanced genomic precision in situ, Sci. Transl. Med. 18, eadx7857 (2026).
5. A. de Saint-Exupéry, The Little Prince (Reynal & Hitchcock, New York, 1943).