苯丙酮尿症(PKU)是一种罕见的新生儿遗传性疾病，发病率在1 / 10000到1 / 20000之间，取决于个体的遗传血统。PKU导致一种叫做苯丙氨酸(Phe)的氨基酸在血液中积累。不受控制的PKU会导致智力残疾、精神问题和癫痫发作。虽然目前的治疗方法可以部分改善结果，但它们需要细致的终身依从性，这对大多数患者来说非常困难。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的新研究为使用基因编辑的潜在未来治疗提供了见解，特别是两种新形式的CRISPR基因编辑，引体编辑和碱基编辑。

两项独立的研究，一项发表在《美国人类遗传学杂志》上，另一项发表在《人类遗传学和基因组学进展》上。在华盛顿举行的美国人类遗传学学会(ASHG)年会上，宾夕法尼亚大学心血管医学和遗传学教授、医学博士Kiran Musunuru实验室的研究生Dominique Brooks也发表了这一发现。

在两项研究中的第一项中，研究人员探索了一种“初始编辑”方法来纠正导致这种情况的遗传变异。初始编辑，通常被比作文字处理器，允许通过重写特定的基因序列对DNA进行精确的改变。利用来自129名PKU患者的数据，研究人员发现，那些在苯丙氨酸羟化酶(PAH)基因中携带一种名为c.1222C>T的特定遗传变异的人——这是世界上最常见的PKU致病变异——对代谢状况的控制非常差。

PKU患者需要将Phe水平维持在120-360 μmol/L之间才能保持健康。然而，大多数研究对象的Phe水平高于这个范围，这可能导致神经损伤。该团队在带有问题基因的人类肝细胞上进行了实验，并成功证明了这种启动编辑方法的有效性，可能为治疗干预铺平道路。此外，在小鼠肝脏中使用引物编辑，研究人员成功地纠正了遗传PAH c.1222C>T变体。这导致Phe水平大幅降低，所有治疗小鼠的Phe水平都远低于360 μmol/L的阈值。重要的是，这种纠正在不影响小鼠肝功能的情况下实现。

两项研究的资深作者Musunuru说:“这项研究为那些患有PKU的人带来了希望，这是一种无法持久治疗的终身疾病，因为它证明了使用基因编辑来永久纠正与这种疾病相关的最常见遗传变异的可行性。”“尽管仍有挑战需要克服，但这些发现为可能显著改善PKU患者生活的潜在新疗法打开了大门。”

第二项研究还关注了PKU最常见的遗传原因，即相同的PAH c.1222C>T变体。使用碱基编辑——一种基因编辑技术，通过用另一个DNA字母替换一个DNA字母来精确地修改特定的DNA序列，让人想起铅笔和橡皮擦——他们首先在实验室培养的肝细胞中测试了这种方法，然后在小鼠模型中测试了这种方法。

研究人员发现，当使用与COVID-19 mRNA疫苗类似的技术，将选定的碱基编辑器和引导RNA通过脂质纳米颗粒递送到小鼠体内时，Phe水平在48小时内恢复正常。在相关研究中，研究人员观察到，到目前为止，Phe水平的下降持续了一年。这是治疗PKU的重大突破，PKU通常需要终生控制Phe水平。

费城儿童医院儿科助理教授、两项研究的资深作者Rebecca C. Ahrens-Nicklas医学博士说:“这些发现是治疗PKU的重要一步。”“虽然我们在动物模型上的结果为我们指明了正确的方向，但需要未来的研究来推动这些进步。例如，接下来，我们将专注于完善碱基编辑方法，并将其与其他基因编辑方法的有效性进行比较。”

研究小组最近从美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)获得了2600万美元的资助，以进一步努力将PKU碱基编辑治疗带到临床。

本研究得到了美国国立卫生研究院的部分资助(R35-HL145203, R01-HL148769, U19-NS132301)。