《Experimental Eye Research》：Prime editing for ocular gene therapy and disease modeling: a narrative review of advances, delivery, and translational readiness
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Prime editing是一種無需雙鏈斷裂或外源供體的精準基因組編輯技術，通過pegRNA引導Cas9 nickase和逆轉錄酶實現堿基替換或插入/缺失。近年通過優化Cas9/RT結構、改進pegRNA設計及調控DNA修復通路，其編輯效率達50%以上，在視網膜細胞和動物模型中成功治療遺傳性視網膜病并調節血管生成。隨著遞送系統（如AAV納米顆粒）和編輯器變體（PE7）的進步，Prime editing有望成為眼科疾病的新型治療平臺。
張青|楊艷輝|黃雄高|馬俊凱|段亞健|馬高恩|雷合天
中國新鄉市河南醫科大學第三附屬醫院眼科
摘要
Prime編輯是一種多功能的“查找并替換”基因組編輯技術，它通過反轉錄Prime編輯引導RNA（pegRNA）3′端編碼的RNA模板，實現對基因序列的精確和靈活的修正。該技術無需雙鏈DNA斷裂或外源供體模板，即可在活細胞中引入核苷酸替換、插入或/和刪除（indels）。自2019年問世以來，Prime編輯技術迅速發展——從第一代Prime編輯器（PE1）發展到PE7及其他下一代變體，編輯效率從最初的0.7–5.5%提升至體外超過50%。通過優化Cas9和逆轉錄酶結構域、改進pegRNA設計、招募輔助蛋白以及調節DNA修復途徑等措施，大大提高了編輯效率、產物純度和目標范圍，適用于多種細胞類型和組織。這些進展在眼科領域尤為重要，因為許多致盲疾病由點突變或小范圍插入/刪除引起，而這些正是Prime編輯的理想修正對象。最近在視網膜細胞和動物模型中的研究表明，Prime編輯在治療遺傳性視網膜疾病、調節病理性血管生成以及實現有絲分裂后光感受器和視網膜色素上皮細胞的精確基因修復方面具有巨大潛力。隨著遞送載體和新型PE變體的不斷改進，Prime編輯有望成為治療多種眼部疾病的下一代平臺。
引言
自從發現化膿性鏈球菌（Sp）Cas9作為一種可編程內切酶（Jinek等人，2012年）以來，基于CRISPR的基因組編輯技術極大地提升了我們精確操作基因組的能力。最初的堿基編輯器旨在實現四種標準堿基轉換（C→T、G→A、A→G、T→C），且不會產生雙鏈DNA斷裂（DSBs）。盡管最新進展使其能夠介導幾乎所有可能的堿基替換，但這些下一代編輯器仍面臨一些挑戰，如在不同序列背景下的效率差異、某些位點的編輯精度較低，以及無法引入特定的插入或刪除（indels）（Ertl，2024年；Ng等人，2024年）。同源定向修復（HDR）可以糾正所有類型的突變，但DSBs的存在、對外源供體的依賴性以及意外的插入/刪除或重排限制了其臨床應用（Ihry等人，2018年；Kosicki等人，2018年）。
2019年推出的Prime編輯技術旨在解決這些限制（Anzalone AV，2019年）。這種多功能的“查找并替換”技術利用Cas9 H840A切割酶（nCas9）與工程化的逆轉錄酶（RT）結合，并由Prime編輯引導RNA（pegRNA）引導，直接在基因組中寫入新的遺傳信息，無需DSBs或外源供體DNA。理論上，Prime編輯可以實現所有十二種可能的堿基替換以及精確的插入/刪除。包括優化Cas9和RT變體、改進pegRNA結構、招募輔助蛋白以及調節DNA修復途徑在內的持續改進，顯著提升了分裂和非分裂細胞中的編輯效率、產物純度和目標范圍。這些進展加速了Prime編輯在多種生物系統和疾病模型中的應用，包括那些傳統上難以編輯的組織（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編輯最具應用前景的靶器官之一。其相對免疫特權（Botto等人，2022年；Bucher等人，2021年；Ng等人，2024年）降低了基因編輯試劑引發的炎癥反應；封閉的解剖結構允許通過玻璃體注射、視網膜下注射或脈絡膜上注射實現可控的局部遞送。眼部組織的光學透明性使得治療效果能夠被直接、無創地監測；同時，較小的組織體積減少了治療所需的載體劑量。重要的是，許多遺傳性視網膜疾病（IRDs）由點突變或小范圍插入/刪除引起，而這正是Prime編輯所擅長的修正類型。最近在視網膜類器官、光感受器、視網膜色素上皮（RPE）細胞和動物模型（包括小鼠和非人靈長類動物）中的研究顯示，Prime編輯在治療遺傳性視網膜疾病、調節病理性血管生成以及實現精確基因修復方面的可行性日益增強（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）。
隨著遞送載體和Prime編輯器（PE）變體的不斷改進，Prime編輯成為治療多種眼部疾病的下一代平臺。腺相關病毒（AAV）工程、基于納米粒子的遞送方式以及雙載體策略的發展，使得眼睛成為Prime編輯早期臨床應用的理想器官。本綜述更新了Prime編輯技術的最新進展，重點介紹了關鍵突破、新興的遞送策略及其作為治療平臺的巨大潛力——尤其是在遺傳性視網膜疾病方面。
Prime編輯器1-3
第一代Prime編輯器（PE1）奠定了Prime編輯的概念基礎。它由nCas9與野生型moloney鼠白血病病毒（M-MLV）逆轉錄酶（RT）和pegRNA融合而成（Anzalone AV，2019年）。pegRNA包含三個功能模塊：（i）引導nCas9結合的單一引導RNA支架；（ii）與切割后的基因組3′端雜交的引物結合位點（PBS）；（iii）編碼目標編輯內容的RT模板（圖1）。機制上，nCas9通過這些模塊實現基因組修飾。
Prime編輯在動物模型中的應用
優化的PE系統顯著擴展了體內基因組操作的范圍。例如，基于PE-Cas9的刪除和修復（PEDAR）平臺能夠實現精確的大片段刪除和替換（最長約10 kb），具有高準確性。在酪氨酸血癥小鼠模型中，PEDAR成功修復了1.38 kb的致病性插入，在約20–40%的肝細胞中實現了精確修復，并且目標位點的插入/刪除現象極小（<2–5%）（Dong等人，2022年）。遺傳性視網膜疾病
眼睛因其獨特的解剖和生理特性成為基因治療的理想器官。首先，它具有免疫特權，減少了炎癥反應的風險；其次，封閉的解剖結構使得治療劑能夠被精確地局部遞送；第三，結合現有的外科技術和無創成像方法，可以實現精準的基因修飾。Prime編輯的挑戰與未來發展方向
盡管取得了這些進展，但在Prime編輯廣泛應用于視網膜或系統性血管疾病之前，仍需解決若干問題。不同物種、組織和基因組位點的編輯效率存在差異，這給技術推廣帶來了復雜性。雖然Prime編輯減少了DSBs的產生，但脫靶編輯和旁觀者效應仍需進行嚴格的臨床前評估。尤其是向非分裂的內皮細胞和視網膜細胞遞送藥物仍是一個技術難題。Prime編輯的局限性與倫理問題
盡管Prime編輯技術進展迅速，但在眼部及血管應用中仍存在顯著局限性，尤其是精度、持久性和安全性方面。遞送挑戰仍然是主要障礙：內皮細胞和視網膜細胞大多處于靜止狀態，限制了編輯效率；此外，不同物種間染色質可及性的差異也影響了遞送效果。作者貢獻聲明
雷合天：撰寫——審稿與編輯，資金獲取，概念構思。馬高恩：撰寫——審稿與編輯。段亞健：撰寫——審稿與編輯。馬俊凱：撰寫——初稿。楊艷輝：撰寫——初稿。張青：撰寫——初稿。黃雄高：撰寫——初稿未引用的參考文獻
Anzalone等人，2019年。
資金支持
本研究得到了國家自然科學基金（NSFC，項目編號82070989）對H.L.的支持；寧夏自然科學基金（項目編號2024AAC03209）對Y.Y.的支持；高級外國專家引進計劃（G2022026027L）對H.L.和G.M.的支持；海南省外國專家項目（G20241024015E）對H.L.的支持；以及河南省醫學科學挑戰計劃（SBGJ202102190）對G.M.的支持。這些資助機構未參與研究設計、數據收集與分析過程。利益沖突聲明
作者聲明不存在利益沖突。
