刘如谦又双叒一家公司将上市：用先导编辑，修复人类几乎所有的基因突变

2022年9月23日，下一代基因编辑公司 Prime Medicine 向美国证券交易委员会提交了在纳斯达克上市的S-1照顾文件，计划募资1亿美元。Prime Medicine 将成为刘如谦（David Liu）继 Editas Medicine 和 Beam Therapeutis 后，参与创立的第三家生物技术上市公司。而这三家公司，分别代表了三种不同的基因编辑技术，Editas 基于 CRSIPR-Cas9 基因编辑，Beam 基于单碱基编辑，Prime 基于先导编辑。

Prime Medicine 公司的创立，基于刘如谦团队在2019年发表于 Nature 的一篇开创性论文。在这篇论文中，刘如谦团队开发出了名为先导编辑（Prime Editing）的下一代基因编辑技术。

Prime Editing，原则上可以修复75000种已知致病性人类遗传变异中的约90%。而无需 DNA 双链断裂，精准性更高、脱靶性更低，无需依赖 DNA模板，即可有效实现所有12种单碱基的自由转换，而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除。

Prime Editing 技术已经问世，就获得广泛关注和高度评价，Nature 评论这一技术是“超精确的新型基因编辑工具”， Science 评论它是“超越CRISPR”的重大突破，哈佛大学教授，CRISPR先驱乔治·丘奇（George Church）盛赞这一成果是“朝着正确方向迈出的一大步”。

此后，Prime Editing 技术也得到了全世界多个实验室和数十篇研究论文的证实。

在 Prime Editing 技术的基础上，刘如谦教授创立了 Prime Medicine，并于2021年7月完成了3.15亿美元融资。

目前，Prime Medicine 共有18个临床前研发管线，针对肝脏、离体造血干细胞、眼睛、耳、神经肌肉系统、肺等多个器官和组织，递送载体包括 AAV、LNP，以及其他非病毒载体（可能是刘如谦团队开发的类病毒载体）。

Prime Editing 技术原理

CRISPR-Cas9 基因编辑依赖于 DNA 双链断裂，这可能导致基因编辑后的细胞出现不可预期的混乱，这限制了其在临床上的应用。

2016年，刘如谦团队开发出了基于 CRISPR 的碱基编辑（Base Editing），首次可以通过可靠、可预测的方法，实现对活细胞基因组中的单个碱基的修改。许多遗传性疾病是由单个碱基突变导致的，因此，单碱基编辑器的出现，为治疗许多单碱基遗传病提供了强大的方法，刘如谦也因此被 Nature 评为“2017年影响世界十大科学人物”。

但碱基编辑面临两个问题：不能任意编辑所有碱基、存在脱靶效应。为了解决 CRISPR-Cas9 和碱基编辑的问题，刘如谦团队开发出了 Prime Editing。

Prime Editing，将Cas9酶（蓝色）和逆转录酶（红色）结合成复合物，在gRNA（绿色）的引导下，将该复合物带到DNA双螺旋（黄色和紫色）的特定位置，并保留在该位置插入新DNA序列。

Prime Editing 在 Cas9 酶和 gRNA 两方面进行了重大改造：

一是改造gRNA，在其3'末端增加了一段RNA序列，形成所谓的pegRNA；

二是改造Cas9酶，将Cas9酶的变体（H840A突变型，只切断含PAM的靶点DNA链）与逆转录酶融合，形成融合蛋白复合体。

pegRNA的3'端序列有双重角色，一段序列作为引物结合位点（PBS），与断裂的靶DNA链3'末端互补以起始逆转录过程，另一端序列则是逆转录的模板（RT模板），其上携带有目标点突变或插入缺失突变以实现精准的基因编辑。

刘如谦团队在人类和小鼠细胞中进行了验证，成功修复了导致镰状细胞病和Tay-Sachs病的基因突变。

镰状细胞病，是一种常染色体显性遗传病，因编码血红蛋白的基因中发生了A到T的单碱基突变，导致血红蛋白β-肽链第6位氨基酸谷氨酸变成缬氨酸，构成镰状血红蛋白，取代了正常血红蛋白。该疾病的纯合子很难存活到成年。

Tay-Sachs病，是一种常染色体隐性遗传病，因HEXA基因发生突变，多出4个碱基，导致HEXA基因编码的脂质分解酶失活，从而导致神经节苷脂在大脑中聚集至中毒水平，通常患者只能存活至两三岁。

这两种遗传病，使用传统的基因组编辑系统要么无法修复，要么效率低下。而刘如谦团队使用 Prime Editing 成功修复了这两种基因突变，不仅效率大大提高，而且脱靶效应更低。

先导编辑2.0

2021年12月，刘如谦团队在 Nature Biotechnology 发表论文，开发了升级版先导编辑——双先导编辑（Twin Prime Editing，TwinPE）。

TwinPE同样不会导致DNA双链断裂，通过一个先导编辑蛋白（prime editor protein）和两个向导RNA（pegRNA），实现对人类基因组的可编程的大片段DNA的删除、替换、整合和倒位，为治疗复杂人类遗传疾病或大型基因突变所致的人类遗传疾病提供了有效工具。

刘如谦团队将 TwinPE 系统对杜氏肌营养不良症（DMD）细胞进行了验证，成功实现了高达780个碱基长度的DNA精确删除，包括51号外显子，编辑效率高达28%，而且仅有5.1%的插入缺失（indel）。

此外，刘如谦团队还将 TwinPE 系统与位点特异性丝氨酸重组酶结合，实现了长达5.6kb的 DNA 片段插入，并在亨特综合征（Hunter Syndrome）进行了验证，亨特综合征也被称为II型粘多糖病，是一种X染色体连锁遗传病，由大约40k长度的DNA倒位所致。twinPE与位点特异性丝氨酸重组酶结合，能够倒位这段长达40kb的 DNA 序列，效率可达9.6%。

刘如谦团队在论文中表示，Prime Editing 技术“原则上可以修复75000种已知致病性人类遗传变异的约90%”。