核心提要：近日，我中心固定研究人员赵书红教授团队在《Advanced Science》期刊上发表了题为“Enhancing Prime Editing Efficiency through Modulation of Methylation on the Newly Synthesized DNA Strand and Prolonged Expression”的最新研究成果。该研究深入揭示了 PE（先导编辑）编辑过程中 DNA 损伤修复的新机制：在生物体内，DNA 修复酶能够依据甲基化水平识别 PE 编辑过程中新合成的 DNA 链与原始旧链，通过切除新合成链来维持 DNA 的稳定性，而这却导致 PE 编辑效率降低。

基于这一发现，研究团队成功研发出新型 epiPE2 基因编辑系统，其创新性地将 EBNA1/oriP 附着体元件与传统 PE2 载体相融合，借助延长质粒表达时间以及提升新合成链甲基化水平的方式，大幅提高了 PE 精准编辑效率，实现了 10 个基因位点的同步精准编辑。这一突破性研究为动物生物育种、人类疾病治疗等多个领域提供了新技术和工具。

新型epiPE2基因编辑系统原理图

先导编辑（PE）技术作为当下极为精确的基因编辑手段之一，其显著优势在于无需依赖 DNA 双链断裂，非特异性编辑效率低。相较于 BE（碱基编辑）系统，PE 系统在编辑类型上展现出更高的灵活性。然而，在实际应用过程中，PE 技术依旧面临着诸多挑战：其一，PE 编辑的修复机制尚未被完全阐明，导致编辑效率相对较低；其二，难以实现多个基因位点的同时精准编辑。

研究首次揭示新合成 DNA 链上 CpG 序列的甲基化水平是影响 PE 编辑效率的关键因素。细胞内的 DNA 修复酶能够依据甲基化水平来区分新合成链（携带目标突变，甲基化水平较低）与旧链（不携带目标突变，甲基化水平较高），并通过切除新合成链以维持 DNA 的稳定性，但这一机制会在一定程度上降低 PE 编辑效率。因此，提高新合成链的甲基化水平，能够有效干扰 DNA 修复酶的识别与切除功能，进而提升 PE 编辑效率。

基于这一全新机制所研发的 epiPE2 基因编辑系统，创新性地将 EBNA1/oriP 附着体元件与传统 PE2 载体相结合。这一结合不仅延长了质粒的表达时间，还提高了新合成链的甲基化水平。在上述两个因素的协同作用下，基因精准编辑效率得到了显著提升。与传统 PE2 系统相比，epiPE2 的编辑效率提高了 2.0 - 38.2 倍，精准编辑效率更是超过了 90%，真正实现了精准且高效的基因编辑。尤为值得一提的是，epiPE2 系统展现出了卓越的多位点同步编辑能力，在 HEK293T 细胞中成功实现了 10 个基因位点的同步高效编辑；在猪原代成纤维细胞中，也表现出了极高的编辑效率。该研究为动物生物育种以及人类疾病治疗等领域提供了新技术和工具。

华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院韩晓松博士后、徐祥华博士研究生、熊友才博士和赵广兴硕士为共同第一作者，湖北省家畜种业技术创新中心、国家生物育种产教融合创新平台（生猪）、动物育种与健康养殖前沿科学中心、华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院赵书红教授、阮进学副研究员和李新云教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金创新群体项目、国家科技创新2030项目等资助。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202417790