基因编辑技术作为现代生物医学领域的革命性突破，正在深刻改变我们对生命科学的认知。自2012年CRISPR-Cas9基因编辑工具首次提出来，基因编辑技术迅速成为生命科学研究的热门领域。这一技术通过模拟细菌的免疫机制，利用特定的RNA引导Cas9蛋白在目标DNA位置进行切割，从而实现基因的精准编辑。近年来，基因编辑技术不断迭代发展，进一步拓展了基因编辑的应用范围。

基因编辑工具递送载体是实现基因编辑技术的关键环节，它们负责将基因编辑组件（如Cas9蛋白、gRNA等）精准地递送到目标细胞中，从而确保基因编辑的成功。递送载体的选择和使用直接影响编辑效率和安全性。当前，基因编辑工具递送领域中的代表性载体包括病毒类载体（如腺相关病毒AAV）和非病毒类载体（如脂质纳米颗粒LNP）。然而，这些载体各有优缺点。例如AAV载体在治疗过程中可能因Cas9蛋白长期表达而增加脱靶风险和免疫原性。而LNP载体虽然安全性高，但主要在肝脏中积累，导致肝外组织中递送效率较低。

在此背景下，病毒样颗粒（VLPs）技术凭借其独特优势成为新一代递送平台的研究焦点。VLPs是一种由病毒外壳蛋白自组装而成的颗粒结构，具有病毒的外观和功能，但不含病毒遗传物质。因此，它结合了病毒递送载体和非病毒递送载体的优势，成为极具吸引力的基因编辑器递送载体。在基因编辑领域，用于递送mRNA或蛋白的VLPs大多是基于慢病毒或逆转录病毒，与其他递送载体相比，VLPs具有以下优势：

负载灵活性：未成熟的逆转录病毒颗粒缺乏刚性对称结构，可提高装载物的灵活性。慢病毒/逆转录病毒颗粒直径100-200nm可兼容mRNA、RNP等多种形式载荷。

靶向可塑性：通过病毒包膜糖蛋白修饰实现组织特异性递送。

脱靶率低：瞬时递送模式显著降低脱靶效应。

安全性高：VLPs完全由蛋白质组装而成，不含DNA，避免了病毒遗传物质整合至宿主细胞基因组的风险。

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1.蔡宇伽团队的突破：VLPs递送mRNA技术

早在2018年蔡宇伽团队开发了一种慢病毒载体递送外源RNA的技术（专利号CN108504689A），该技术利用RNA结合蛋白（MS2）和其所识别的RNA序列（MS2 stem loop）相互结合的原理，将MS2蛋白整合至慢病毒GagPol长链蛋白的骨架中，并将其所识别的MS2 stem loop序列连接到外源目的RNA，从而使目的RNA在慢病毒颗粒的组装过程中被包装进慢病毒颗粒。在这项技术中，MS2蛋白与慢病毒结构蛋白Gag融合表达并位于N端，MS2 stem loop位于EGFP的N端，以达到更高的递送效率，如下图所示。

图1 构建一种有效递送mRNA的慢病毒系统（图片来源：Ling S et al, Nat Biomed Eng., 2021）

基于这一技术，蔡宇伽团队在2021年先后在《Nature Biotechnology》和《Nature biomedical engineering》期刊上发表研究型论文，旨在利用慢病毒样颗粒（VLPs）递送Cas9 mRNA和sgRNA，以实现基因编辑器的高效递送。该技术递送的Cas9蛋白仅在体内表达约72小时，显著降低了Cas9蛋白长时间表达所引起的脱靶效应。在治疗小鼠疱疹病毒性角膜炎方面，该技术也表现良好。随后，蔡宇伽团队将此技术进行转化，开发出BD111，并于2022年6月获得了美国FDA孤儿药资格批准，目前已完成I期临床试验3例“复发性I型单纯疱疹性基质型角膜炎”受试者的给药。经18个月的初步临床观察和评估，未发生严重不良事件，且患者反应良好。下图为BD111药物设计以及抗病毒机制。

图2 BD111药物设计（图片来源：Yin D et al, Nat Biotechnol., 2021）

 

图3 人角膜HELP中CRISPR的抗病毒机制（图片来源：Wei A et al,Mol Ther., 2023）

2.张锋团队领衔开发全新mRNA递送系统——SEND系统

2021年，张锋团队在《Science》期刊上发表研究型论文，成功开发出一种全新RNA递送平台-SEND系统。SEND系统是以人体内天然存在的RNA运输蛋白PEG10为核心，该蛋白具有与自身mRNA结合的能力，并能在其周围形成保护性囊状结构，为慢病毒系统Gag蛋白。为了将PEG10开发为递送平台，研究人员对PEG10进行了改造。首先他们在PEG10的mRNA序列中找到了识别和包装其RNA的序列，然后对PEG10蛋白和该mRNA序列进行改造，以便PEG10能够选择性包装RNA。为了增强PEG10系统进入细胞的能力，研究人员利用VSV-G和SYNA蛋白修饰PEG10蛋白，赋予了其感染多种细胞的能力。由于PEG10是天然存在于人体中的蛋白质，该平台相较于其他RNA递送方案可以有效避免机体的免疫攻击。

 

图4 SEND系统的基因工程改造（图片来源：Segel M et al, Science, 2021）

3.David Liu团队突破eVLPs递送BE和PE编辑器

2022年，David Liu团队在《Cell》期刊上发表研究型论文，系统地优化了限制BE-VLPs递送效率的因素，最终获得第四代eVLP系统。与最初的报告系统相比，eVLP v4将BE RNPs包装量提高了16倍。体内实验结果显示，eVLP v4在293T细胞中的编辑效率可达95%，在NIH3T3细胞中的编辑效率可达80%，在原代人和鼠成纤维细胞中的编辑效率可达90%。同时，eVLP v4显著降低了脱靶效率。另外，eVLP v4在小鼠肝脏中实现了63%的细胞编辑效率，同时将血清中PCSK9水平降低了78%。此外，eVLP递送的BE显著改善了遗传性失明小鼠模型的视力状况。

 

图5 工程化病毒样颗粒（eVLPs）实现多器官碱基编辑（图片来源：Banskota S et al, Cell, 2022）

在最新的研究中，David Liu团队将eVLP v4系统和PE（PE是由nCas9和逆转录酶融合而成，通过pegRNA引导，可以在哺乳动物细胞中精准实现基因组替换、插入和删除）结合，并在此基础上进行优化，开发出PE-eVLP系统。与eVLP v4系统相比，v3和v3b PE-VLPs在小鼠脑神经瘤（N2A）中的启动编辑效率提高了79倍，在人胚肾细胞（294T）中提高了170倍。体内实验结果表明，v3 PE-VLPs在rd6小鼠视网膜变性模型中可以校正Mfrp基因的4bp缺失（平均编辑效率为15%）。在Leber先天性黑蒙2型的rd12小鼠模型中可校正RRE65基因突变（平均编辑效率为7.2%），从而部分恢复小鼠的视觉功能。

 

图6 v3与v2.3 PE-eVLPs中MCP–MS2策略及MS2茎环插入结构示意图

（图片来源：An M et al, Nat Biotechnol.,2024）

4.Jennifer A. Doudna团队成功简化VLPs递送系统——miniEDV

尽管VLPs在基因治疗领域展现出了广泛的应用前景，但其由慢病毒/逆转录病毒衍生而来，保留了大量病毒蛋白组分，自身安全性仍需优化。2024年12月，Jennifer A. Doudna团队在《PNAS》期刊上发表研究型论文，通过系统性的机制研究，成功开发出简化版包膜递送载体（miniEDV）系统，在保持高效递送的同时，显著降低了生产复杂度。相较于传统VLPs，miniEDV删除了约80%的病毒残留序列（Gag蛋白部分序列以及整个Pol蛋白），体积缩小了25%，但仍保持与原始EDV相当的Cas9 RNP包装量。体外实验结果表明，miniEDV在人原代T细胞中，编辑效率提升了53%-107%。在293T细胞中，编辑效率较原始EDV提升2.5倍。

 

 

图7 LVs，EDV和最小化EDV（miniEDV）中的病毒结构蛋白示意图（图片来源：Ngo W et al, Proc Natl Acad Sci USA., 2025）

结语与展望

VLPs技术正在重塑基因编辑递送格局，其发展轨迹印证了“仿生设计-工程优化-临床转化”的创新路径，VLPs的终极目标在于实现精准递送与生物安全的动态平衡。随着基础研究的持续突破和GMP生产体系的完善，这一技术有望为遗传病等领域带来突破性疗法。

参考文献：

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