郑基坛(综述)， 闫娜娜， 左二伟(审校)

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)系统，即成簇的、间隔规律的短回文重复序列。该系统广泛存在于40%的细菌及90%的古细菌中，主要用于应对外源DNA或者病毒入侵的免疫防御[1]。根据该特性，Jinek等[2]将tracrRNA及crRNA整合形成单链引导RNA(small guide RNA，sgRNA)，该sgRNA由5′端负责与靶序列互补配对的20个核苷酸及3′端参与Cas9蛋白识别的发卡结构组成，首次在体外实现对靶标序列的切割，为CRISPR/Cas基因编辑技术的广泛应用奠定了重要基础。随后，Cong等[3]和Mali等[4]同时发表CRISPR/Cas9系统应用于哺乳动物细胞基因组编辑的研究，极大地推动了基因编辑技术的发展与应用。2016年以来，Gaudelli等[5]和Komor等[6]基于脱氨酶与CRISPR/Cas9系统相继开发了胞嘧啶碱基编辑器(cytosine base editor, CBE)和腺嘌呤碱基编辑器(adenine base editor, ABE)，Kurt等[7]和Zhao等[8]开发了C到G碱基编辑器(C-to-G base editor, CGBE)，为基础医学和精准基因治疗提供了重要技术手段。2019年，Anzalone等[9]又开发了精准基因编辑工具引导编辑器(prime editor, PE)，为单碱基编辑技术无法进行的编辑领域提供了另一重要选择。

1 CRISPR/Cas系统概述

1.1 CRISPR/Cas核酸酶介导的基因编辑技术 目前已经发现3种不同类型的CRISPR/Cas系统，其中第2类最为简单，只需要1种Cas蛋白参与即可完成对靶序列的识别与切割，更适合用于基因编辑，目前广泛应用的Cas9蛋白就属于第2类[1]。CRISPR/Cas在sgRNA的指导下，可对基因组靶序列进行切割，造成DNA双链断裂(double strands break，DSB)。DSB主要通过2种方式进行修复，即非同源末端连接(non-homologous end joining，NHEJ)与同源重组(homology-directed repair，HDR)。CRISPR/Cas造成的DSB通常在NHEJ修复方式下，造成特定位置的碱基插入或缺失，从而通过移码突变使基因丧失功能。因此CRISPR/Cas常被用于基因敲除的研究。这种修复方式经常会造成DNA的插入缺失、倒位和易位等问题，使得基因治疗存在严重的安全风险。……