近日，COVID-19 mRNA 疫苗和现有的基因疗法，包括那些使用 CRISPR-Cas9 基因编辑工具构建的疫苗，通过病毒载体或脂质纳米颗粒被输送到细胞中。由Broad研究所的 CRISPR 先驱张锋博士领导的研究小组开发了一种利用人类蛋白质的新型 mRNA 传递系统。

这个被称为 SEND 的系统利用了一种叫做 PEG10 的人类蛋白质与自身 mRNA 结合并在其周围形成保护性胶囊的能力。在发表在《科学》杂志上的一项新研究中，张锋和同事设计了 PEG10 以接受他们选择的 RNA 货物，并成功地将该系统传递给小鼠和人类细胞。

研究人员建议，这些发现支持 SEND 作为基于 RNA 的基因疗法的有效递送平台，可以重复给药。研究小组说，因为 SEND 使用一种在体内自然产生的蛋白质，它可能不会触发可能使基因疗法无效的免疫反应。

PEG10 是一种逆转录病毒样蛋白，由通过祖先病毒感染将自身整合到人类基因组中的基因表达。逆转录病毒和逆转录元件的一个共同特征是称为“gag”的核心结构基因。在哺乳动物中，已知 gag 的等价物可形成保护壳以保护其遗传物质并在细胞之间转移 mRNA。

这些逆转录病毒样蛋白的这一独特特征激发了它们可以成为基因治疗的有效载体的想法。在目前的研究中，张锋及其同事搜索了人类和小鼠的基因组，发现了人类和小鼠中都存在的 19 个 gag 衍生基因。进一步的分析指出 PEG10 是一种有效的传递工具；与其他蛋白质相比，这些细胞释放出明显更多的 PEG10 颗粒，并且这些颗粒大多含有自身的 mRNA。

为了开发传递系统，研究人员首先确定了 PEG10 mRNA 非翻译区上触发 mRNA 有效包装和功能转移所需的最小序列或“信号”。因此，研究人员知道在重新编程 PEG10 的 mRNA 以携带感兴趣的基因时要保留哪些遗传元件。

为了改进构建体，研究人员添加了称为“融合素”的蛋白质，可促进细胞融合，这是转移基因组材料的关键步骤。这些细胞表面蛋白还允许研究人员将 PEG10 引导至特定类型的细胞、组织或器官。

该团队使用 CRISPR-Cas9 系统测试 SEND 以编辑特定基因。在 CRISPR-Cas9 中，一个短的引导 RNA 序列有助于定位目标基因，而 Cas9 蛋白进行切割。

研究小组报告说，将大量 Cas9 货物输送到表达单一向导 RNA (sgRNA) 的小鼠细胞系中，导致受体细胞中约 60% 的插入和缺失。使用人类 SEND 系统将 Cas9 与 sgRNA 共同包装，科学家们报告说，在染色体上的特定位置进行了大约 40% 的编辑。

张锋被公认为 CRISPR 开发的开拓者，他的工作主要集中在改进基因编辑工具上。例如，他是 Beam Therapeutics 的联合创始人，该公司致力于开发基于 CRISPR 的工具，能够精确编辑 DNA 的特定碱基对。

张锋和他的研究人员认为，SEND 可以提供一种新方法，将 RNA 作为治疗药物或作为基因编辑工具来靶向有问题的 DNA。“通过混合和匹配 SEND 系统中的不同组件，我们相信它将为开发针对不同疾病的疗法提供一个模块化平台，”张锋在一份声明中说。

当前使用的病毒载体递送平台的一个问题是它们只允许给药一次，因为免疫系统可能会识别载体并对第二次给药发起强烈攻击。研究人员在研究中写道，鉴于 SEND 使用人类蛋白质，它可能不会触发免疫反应，因此可以重复给药，“这极大地扩展了核酸治疗的应用”。

接下来，该团队将在动物身上测试 SEND，并进一步改进将 RNA 货物输送到不同细胞和组织的系统。他们还将探索使用人体中的其他成分来潜在地添加到系统中。

“意识到我们可以使用 PEG10 和很可能其他蛋白质来设计人体中的传递途径来包装和传递新的 RNA 和其他潜在疗法，这是一个非常强大的概念，”张锋说。