自从 CRISPR 技术发展以来，基因编辑长久都被 CRISPR 的光环占据，但近年 RNA 编辑逐渐兴起，更有着能颠覆基因编辑世界的潜力。“多亏了 COVID-19 疫苗，现在每个人都知道 mRNA。 RNA 变成了超级明星，但在过去 10 年以前，人们对它并不那么熟悉。”芝加哥大学（University of Chicago）海洋生物实验室的神经生物学家 Joshua Rosenthal 教授说道。
作为一名 RNA 和头足类生物科学家，Rosenthal 教授从事许多研究关注海洋生物体内的自然 RNA 编辑机制，近年更成立新创公司 Korro Bio，主力发展 RNA 编辑，发挥 RNA 技术的临床潜力。基因线上编辑团队独家专访 Rosenthal 教授， 探究最新 RNA 编辑在基础研究到临床应用之趋势。
从鱿鱼神经元发现自然 RNA 编辑
Rosenthal 教授接触 RNA 编辑的渊源，可以回溯到他的博士论文阶段，当时他进行生物物理学研究，以生理学家 Alan Hodgkin、Andrew Huxley 提出的离子通道机制为主题，探讨鱿鱼的巨大轴突（giant axon）如何传递动作电位。
“当时我试着复制鱿鱼的钠、钾离子通道，但一直没办法取得完整的互补 DNA（cDNA）。刚好那段时间碰上神经生理学家 Peter Seeburg 发表一份研究，首度提出 RNA 编辑和麸胺酸受体（glutamate receptor）的关系。我才终于想通原来是 RNA 编辑导致互补 DNA 出现了核苷酸残基。”Rosenthal 教授说道。
“接着我在不同蛋白质上做了很多 RNA 编辑的尝试，后来在戈登会议（Gordon Conference）上我认识了优秀的生物资讯学家 Eli Eisenberg 教授，展开了研究头足类动物的计画。”于是两人在鱿鱼的神经转录组中发现了超过 100,000 个 RNA 编辑位点，这还只是具有转译蛋白质的功能片段而已。Rosenthal 教授笑称这已经比其他生物高过好几个数量级。
由 RNA 基础研究转往临床应用
Rosenthal 教授研究初期多投注在 RNA 分子机制的基础研究上，但这些实验需要昂贵的设备器材，也仰赖资助单位的资金，因此在 2000 年左右，他开始把注意力转往 RNA 编辑的实际应用。早在 CRISPR 盛行以前，Rosenthal 教授就意识到 RNA 编辑的治疗用途。2000 年初期也正好是 RNA干扰（RNAi）机制被提出的时期，这间接影响 Rosenthal 教授在波多黎各大学（University of Puerto Rico）担任教授时，设计了以 RNA 导引编辑特定疾病基因片段的系统。
Rosenthal 教授回忆，“我们在大家都还没开始关注 RNA 编辑时的那些年独自努力，后来 CRISPR 引起炫风般的大革命，RNA 编辑也开始获得重视。可以说一开始我们是为了募得资金而努力，后来回头看却成了一项有趣的尝试。”
RNA 可编程性（programmability）治疗暂时性疾病优势
许多临床治疗着眼罕见遗传性疾病或永久病症，对于这类疾病，创新技术如 CRISPR 很快就获得瞩目，但是 Rosenthal 教授认为 RNA 编辑的潜力更大，“RNA 编辑的暂时性与可编程性（programmability）是两项重要的特质。”因为对于短期疾病治疗而言，如果用永久性的基因编辑来解决显得太多余；在这一点上，RNA 编辑是占有优势的。
要治疗那些维持数天、数个月的疾病，通常采取缓解疼痛的治疗方式，例如小分子药物阿斯匹灵（aspirin），患者需要在一定时间间隔重复服用，又或者能有效缓解疼痛的鸦片类药物，也可能产生成瘾的负面效果。因此若能用既存人体体内的 RNA 发展出短时间内不具成瘾性的疗法，将非常具有价值。
RNA Editing vs. CRISPR
说起 RNA 编辑与 CRISPR 的比较，Rosenthal 教授指出 CRISPR 运用的编辑蛋白 Cas9 来自于细菌，而且大部分 CRISPR 技术仍只能在体外进行。相较之下，RNA 编辑蛋白 ADAR（ Adenosine deaminases acting on RNA）天然存在许多生物体中，这意味着不需要外来切割蛋白的辅助之下就能执行 RNA 编辑的功能。Rosenthal 教授认为这项特质也使得 RNA 编辑在相关疗法的核准上更有优势。
CRISPR 还有脱靶效应（off-target）的隐忧，尽管 RNA 编辑也不能完全避免这个现象，但它不像 DNA 编辑会对基因组产生永久更动的严重影响。另外相较 DNA 编辑在分化初期的细胞较有效， RNA 编辑更适合在分裂期后（post-mitootic）细胞中作用，例如再生能力差的神经细胞。
Rosenthal 教授分享 RNA 编辑胜出 DNA 基因治疗的另一点，是能够动态调节基因表现。因为随着单细胞定序进展，现在已知不同细胞群在基因表现上差异性很大，而过往基因治疗以组织、器官为单位，要调节单一基因表现难度很高，RNA 编辑则能够做到更弹性调节基因，也不用担心基因过度表现（over-expression）或低度表现（under-expression）。
RNA 编辑领域新创崛起
Rosenthal 教授提及，5 年前发展 RNA 编辑的新创公司仍相当少见，除了荷兰生技公司 ProQR Therapeutics，如今这个领域已吸引大量资金投入，包含 Rosenthal 教授推动成立的 Korro Bio。Korro Bio 总部位在美国麻州剑桥，该公司已经在去年完成 9,150 万美金 A 轮募资，也成功吸引到生技创投 Atlas Venture 投资。
美国其他知名发展 RNA 编辑的新创，包含同样位在麻州剑桥的 Beam Therapeutics，以及位在华盛顿州西雅图的 Shape Therapeutics，以及加州圣地牙哥的 ADARx Pharmaceuticals。
独家汇整： 6 间焦点企业解密 RNA 编辑趋势（基因线上国际版）编辑蛋白 ADAR 的应用挑战
RNA 编辑发展不是毫无阻碍，随着新兴疗法走向越来越体积小的治疗途径，RNA 编辑也面临到需要改善编辑系统大小的挑战。Rosenthal 教授预期未来 FDA 核准以寡核苷酸（oligonucleotide）为基础的疗法中，长度很少会大于 20 个核苷酸。
“我认为主要的发展阻碍，是需要设计出对 ADAR 有效的、小的引导 RNA（guide RNA）；另一种解决方法，则是设计一个系统能将 ADAR 的催化区域和反义 RNA（antisense RNA）结合，用来引导 RNA，这个构造也能够形成双股 RNA 稳定 ADAR 的活性。”Rosenthal 教授分析道。
人体内有两种 ADAR 基因，但并不是所有细胞的都有完整的基因表现，此外，人体内生的 ADAR 蛋白不会编辑所有的腺苷（adenosine），致使 RNA 编辑效率偏低。因此，借由工程化 ADAR (engineered ADARs) 则能够有效改善这些困境。Rosenthal 教授与来自加州大学戴维斯分校（UC Davis）的结构生物学家 Peter Beal 博士共同合作，Beal 博士的研究专长即为工程化 ADAR 技术。
Rosenthal 教授特别提到一个工程化 ADAR 的案例，以E488Q 突变点为例，它能提高 ADAR 催化的活性，但是会导致更多脱靶现象。为了克服这个问题，Beal 博士团队对 ADAR 不同残基进行诱导突变，尽管这会降低整体编辑效率，但能有效改善脱靶的发生机率。
RNA 编辑未来发展
ADAR 并不是唯一能够进行 RNA 编辑的编辑蛋白，其他如 AID/APOBEC 胞苷去胺酶（cytidine deaminase）和 tRNA 腺苷脱氨酶（adenosine deaminase）也可以编辑 mRNA，Rosenthal 教授认为这些编辑蛋白技术还有可以改良的空间。
身为一位海洋生物领域研究者，Rosenthal 教授经常观察海洋环境，他也相信大自然中还潜藏很多关于新型 DNA 或 RNA 编辑的线索。“我仍然对鱿鱼中的 RNA 编辑如此多产感到惊讶。 一旦我们弄清楚这一点，我认为我们将可以利用这些经验开发新的疗法。这说明了，如果你偶然发现了一些奇怪的东西，那里可能有一座仍未开发的金矿。”Rosenthal 教授总结道。
采访、作者：Rajaneesh K. Gopinath
编译：Kathy
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