2022年9月23日,，下一代基因編輯公司 Prime Medicine 向美國(guó)證券交易委員會(huì)提交了在納斯達(dá)克上市的S-1照顧文件，計(jì)劃募資1億美元。Prime Medicine 將成為劉如謙（David Liu）繼 Editas Medicine 和 Beam Therapeutis 后,，參與創(chuàng)立的第三家生物技術(shù)上市公司,。而這三家公司，分別代表了三種不同的基因編輯技術(shù),，Editas 基于 CRSIPR-Cas9 基因編輯,，Beam 基于單堿基編輯，Prime 基于先導(dǎo)編輯,。

Prime Medicine 公司的創(chuàng)立，基于劉如謙團(tuán)隊(duì)在2019年發(fā)表于 Nature 的一篇開(kāi)創(chuàng)性論文,。在這篇論文中,，劉如謙團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了名為先導(dǎo)編輯（Prime Editing）的下一代基因編輯技術(shù)。

Prime Editing,，原則上可以修復(fù)75000種已知致病性人類遺傳變異中的約90%,。而無(wú)需 DNA 雙鏈斷裂，精準(zhǔn)性更高,、脫靶性更低,，無(wú)需依賴 DNA模板，即可有效實(shí)現(xiàn)所有12種單堿基的自由轉(zhuǎn)換,，而且還能有效實(shí)現(xiàn)多堿基的精準(zhǔn)插入與刪除,。

Prime Editing 技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世，就獲得廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià),，Nature 評(píng)論這一技術(shù)是“超精確的新型基因編輯工具”,， Science 評(píng)論它是“超越CRISPR”的重大突破，哈佛大學(xué)教授,，CRISPR先驅(qū)喬治·丘奇（George Church）盛贊這一成果是“朝著正確方向邁出的一大步”,。

此后，Prime Editing 技術(shù)也得到了全世界多個(gè)實(shí)驗(yàn)室和數(shù)十篇研究論文的證實(shí),。

在 Prime Editing 技術(shù)的基礎(chǔ)上,，劉如謙教授創(chuàng)立了 Prime Medicine，并于2021年7月完成了3.15億美元融資,。

目前,，Prime Medicine 共有18個(gè)臨床前研發(fā)管線，針對(duì)肝臟,、離體造血干細(xì)胞,、眼睛、耳,、神經(jīng)肌肉系統(tǒng),、肺等多個(gè)器官和組織，遞送載體包括 AAV、LNP,，以及其他非病毒載體（可能是劉如謙團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的類病毒載體）,。

Prime Editing 技術(shù)原理

CRISPR-Cas9 基因編輯依賴于 DNA 雙鏈斷裂，這可能導(dǎo)致基因編輯后的細(xì)胞出現(xiàn)不可預(yù)期的混亂,，這限制了其在臨床上的應(yīng)用,。

2016年，劉如謙團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了基于 CRISPR 的堿基編輯（Base Editing）,，首次可以通過(guò)可靠,、可預(yù)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)活細(xì)胞基因組中的單個(gè)堿基的修改,。許多遺傳性疾病是由單個(gè)堿基突變導(dǎo)致的,，因此，單堿基編輯器的出現(xiàn),，為治療許多單堿基遺傳病提供了強(qiáng)大的方法,，劉如謙也因此被 Nature 評(píng)為“2017年影響世界十大科學(xué)人物”。

但堿基編輯面臨兩個(gè)問(wèn)題：不能任意編輯所有堿基,、存在脫靶效應(yīng),。為了解決 CRISPR-Cas9 和堿基編輯的問(wèn)題，劉如謙團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了 Prime Editing,。

Prime Editing,，將Cas9酶（藍(lán)色）和逆轉(zhuǎn)錄酶（紅色）結(jié)合成復(fù)合物，在gRNA（綠色）的引導(dǎo)下,，將該復(fù)合物帶到DNA雙螺旋（黃色和紫色）的特定位置,，并保留在該位置插入新DNA序列。

Prime Editing 在 Cas9 酶和 gRNA 兩方面進(jìn)行了重大改造：

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

二是改造Cas9酶,，將Cas9酶的變體（H840A突變型,，只切斷含PAM的靶點(diǎn)DNA鏈）與逆轉(zhuǎn)錄酶融合，形成融合蛋白復(fù)合體,。

pegRNA的3'端序列有雙重角色,，一段序列作為引物結(jié)合位點(diǎn)（PBS），與斷裂的靶DNA鏈3'末端互補(bǔ)以起始逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程,，另一端序列則是逆轉(zhuǎn)錄的模板（RT模板）,，其上攜帶有目標(biāo)點(diǎn)突變或插入缺失突變以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的基因編輯。

劉如謙團(tuán)隊(duì)在人類和小鼠細(xì)胞中進(jìn)行了驗(yàn)證,，成功修復(fù)了導(dǎo)致鐮狀細(xì)胞病和Tay-Sachs病的基因突變,。

鐮狀細(xì)胞病,，是一種常染色體顯性遺傳病，因編碼血紅蛋白的基因中發(fā)生了A到T的單堿基突變,，導(dǎo)致血紅蛋白β-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸變成纈氨酸,，構(gòu)成鐮狀血紅蛋白，取代了正常血紅蛋白,。該疾病的純合子很難存活到成年,。

Tay-Sachs病，是一種常染色體隱性遺傳病,，因HEXA基因發(fā)生突變,，多出4個(gè)堿基，導(dǎo)致HEXA基因編碼的脂質(zhì)分解酶失活,，從而導(dǎo)致神經(jīng)節(jié)苷脂在大腦中聚集至中毒水平,，通常患者只能存活至兩三歲,。

這兩種遺傳病，使用傳統(tǒng)的基因組編輯系統(tǒng)要么無(wú)法修復(fù),，要么效率低下,。而劉如謙團(tuán)隊(duì)使用 Prime Editing 成功修復(fù)了這兩種基因突變，不僅效率大大提高,，而且脫靶效應(yīng)更低,。

先導(dǎo)編輯2.0

2021年12月，劉如謙團(tuán)隊(duì)在 Nature Biotechnology 發(fā)表論文,，開(kāi)發(fā)了升級(jí)版先導(dǎo)編輯——雙先導(dǎo)編輯（Twin Prime Editing,，TwinPE）。

TwinPE同樣不會(huì)導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂,，通過(guò)一個(gè)先導(dǎo)編輯蛋白（prime editor protein）和兩個(gè)向?qū)NA（pegRNA）,，實(shí)現(xiàn)對(duì)人類基因組的可編程的大片段DNA的刪除、替換,、整合和倒位,，為治療復(fù)雜人類遺傳疾病或大型基因突變所致的人類遺傳疾病提供了有效工具。

劉如謙團(tuán)隊(duì)將 TwinPE 系統(tǒng)對(duì)杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（DMD）細(xì)胞進(jìn)行了驗(yàn)證,，成功實(shí)現(xiàn)了高達(dá)780個(gè)堿基長(zhǎng)度的DNA精確刪除,，包括51號(hào)外顯子，編輯效率高達(dá)28%,，而且僅有5.1%的插入缺失（indel）,。

此外，劉如謙團(tuán)隊(duì)還將 TwinPE 系統(tǒng)與位點(diǎn)特異性絲氨酸重組酶結(jié)合,，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)5.6kb的 DNA 片段插入,，并在亨特綜合征（Hunter Syndrome）進(jìn)行了驗(yàn)證,，亨特綜合征也被稱為II型粘多糖病，是一種X染色體連鎖遺傳病,，由大約40k長(zhǎng)度的DNA倒位所致,。twinPE與位點(diǎn)特異性絲氨酸重組酶結(jié)合，能夠倒位這段長(zhǎng)達(dá)40kb的 DNA 序列,，效率可達(dá)9.6%,。

劉如謙團(tuán)隊(duì)在論文中表示，Prime Editing 技術(shù)“原則上可以修復(fù)75000種已知致病性人類遺傳變異的約90%”,。