2025年9月10日，國際學術期刊Molecular Cell在線發表了正序生物科學創始人、上海科技大學免疫化學研究所楊貝教授科研團隊和生命科學與技術學院陳佳教授科研團隊的研究成果“Structural insights into DdCBE in action enable high-precision mitochondrial DNA editing”。該研究通過解析處于工作狀態的線粒體胞嘧啶堿基編輯器DdCBE的復合物結構，開發了可用于指導TALE識別區與spacer長度設計編輯窗口預測模型（WinPred）和高精度型DdCBE（aDdCBE），成功實現了單堿基精度的線粒體DNA編輯和對線粒體疾病的精準模擬（圖1）。
▲ Molecular Cell發文
▲ 圖1、研究摘要總結圖
線粒體DNA（mtDNA）的突變會導致多種嚴重疾病，尤其危害能量需求高的組織和器官，如中樞神經系統等。例如，Leber遺傳性視神經病變（LHON）就可由線粒體中相關基因的點突變引起，患者常出現中心視力喪失。由于很多mtDNA突變是同質性突變（即所有的mtDNA拷貝均攜帶同樣突變），可編程核酸酶進行修正時會摧毀所有發生突變的線粒體基因組，造成災難性后果。同時，由于引導RNA（gRNA）難以被遞送至線粒體，已廣泛用于核基因組精準編輯的堿基編輯器等也無法有效應用于mtDNA突變糾正。
因此，為能精確糾正mtDNA中的致病性突變，科研人員開發了新型的mtDNA堿基編輯技術—DdCBE及其系列衍生系統，通過偶聯效應元件—雙鏈DNA胞苷脫氨酶DddA和一對可設計的定位元件—TALE陣列蛋白，可在兩組TALE陣列識別位點之間的spacer區域內介導C到T堿基編輯。但這類編輯器的“工作照片”尚未被捕獲，編輯窗口的決定因素有待闡釋，而編輯窗口的不可預測性及脫靶效應限制了這類編輯器在基礎研究和線粒體疾病治療中的廣泛應用。
正序生物科學創始人楊貝教授長期專注于疾病防治的新靶點發掘與新方法開發，陳佳教授長期專注于DNA修復研究、堿基編輯等工具的開發，他們聯合開發的可用于指導TALE識別區與spacer長度設計的編輯窗口預測模型（WinPred）和高精度型DdCBE（aDdCBE），成功實現了單堿基精度的線粒體DNA編輯和對線粒體疾病的精準模擬，有效解決了目前mtDNA堿基編輯器存在的問題。
首先，科研團隊解析了DdCBE分別靶向兩個內源性線粒體基因位點的高分辨率冷凍電鏡結構，闡明了DdCBE的詳細工作機制及其編輯窗口的決定因素（圖2A），并建立了一個可預測不同長度spacer內任意位置編輯結果的工作模型WinPred（圖2B）。通過利用WinPred指導DdCBE中的TALE陣列蛋白識別位點與spacer長度設計，聯合團隊在不同線粒體基因位點處實現了高度精準的高效編輯（圖2C）。
▲ 圖2、WinPred模型與aDdCBE編輯器的建立與應用
注：A、sDdCBE的結構模型揭示N-TALE到DddA-N和C-TALE到DddA-C的溶液可及表面距離（distance- N和 distance-C）是編輯窗口的決定因素：B、WinPred模型預測的不同長度spacer中的編輯窗口（橘黃色區域）；C、應用WinPred模型指導TALE陣列蛋白識別位點（藍色與紫色框）與spacer長度重設計（R02-sDdCBE11），成功去除了旁觀者編輯（紅色箭頭），實現了對目標位點（綠色箭頭）的高效編輯；D、通過WinPred模型指導sDdCBE設計并聯用aDdCBE（L02-aDdCBE_V3），在MTTK位點實現了對目標位點（綠色箭頭）的單堿基編輯。
此外，科研團隊還基于結構信息對DdCBE中的效應元件DddA進行了工程化改造，獲得了高精準線粒體堿基編輯器accurate DdCBE（aDdCBE），其編輯窗口僅 2~3 個堿基，同時其脫靶編輯接近于背景水平，更可與WinPred聯用實現單堿基高精準堿基編輯（圖2D）。
最后，科研團隊利用aDdCBE在線粒體DNA中精確引入了與Leber遺傳性視神經病變相關的致病突變，真實重現了與該突變相關的病理狀態，展示了WinPred與aDdCBE工具在線粒體疾病的精準建模中的應用潛力。
該研究首次從結構角度揭示了DdCBE的詳細工作機制，加深了領域內對DdCBE編輯窗口發生規律的理解，研究成果為后續的線粒體堿基編輯器優化和開發提供了重要的理論參考。而研究中開發的WinPred模型和aDdCBE編輯器，也為線粒體疾病的精準建模和治療提供了可供應用的新方法、新策略。
正序生物利用自主創新的堿基編輯技術融合多治療領域開發了多種創新精準療法，分別針對遺傳疾病、代謝疾病、心血管疾病等布局了多條管線。正序生物科學創始人楊貝教授與陳佳教授科研團隊聯合開發的WinPred模型和aDdCBE編輯器在線粒體堿基編輯領域具有重要突破，不僅可以幫助線粒體疾病研究進行精準建模，還顯著提升了DdCBE編輯器的精準性和安全性，在線粒體疾病治療領域具有巨大應用潛力，將助力正序生物針對更廣泛的疾病領域進行創新靶點的開發和精準療法的研發，為更多患者帶來徹底治愈的希望。
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