NBE丨李偉/王皓毅/王晨鑫合作開發安全高效的基因寫入新技術PAINT?與PRIME-In

2026年4月 30 日，Nature Biomedical Engineering發表了題為Non-viral targeted integration of large DNA in primary human T cells independent of double-stranded DNA breaks的研究論文，報道了一種名為 PRIME-In 的新型基因編輯平臺。該平臺無需引發基因組 DNA 雙鏈斷裂，即可將大片段外源 DNA 高效、精準地整合到人類原代 T 細胞的基因組中，為安全、高效的非病毒 CAR-T 細胞制備提供了全新解決方案。

如何在基因組中實現大片段基因的靶向精準寫入？這在基因和細胞治療等領域有著廣泛重大的需求，但是目前在技術上仍然存在許多挑戰。李偉團隊 2023 年首次在Cell Discovery 報道了PAINT（Primed micro-homologues-assisted integration）技術，其核心原理是發現并驗證了供體末端的單鏈微同源臂可以大幅提升供體 DNA 的同源整合效率：即利用先導編輯器在供體質粒上生成與基因組特定位點同源的 3′單鏈微同源臂，再通過基因組對應位點雙鏈斷裂促進供體質粒上的外源基因在基因組上的整合。借助 PAINT 方法，團隊在多種細胞中實現了遠超傳統 HDR 策略的靶向整合效率，將長度為 2.5 kb 的轉基因以高達 80% 的整合效率插入基因組，并在原代 T 細胞中成功制備了具有特異性腫瘤殺傷能力的功能性 CAR-T 細胞，充分驗證了單鏈微同源臂策略的巨大潛力。

PAINT系統工作模式圖

在此次發表的論文中，合作團隊對PAINT 技術進行了多輪升級開發了PRIME-In 技術。PRIME-In 平臺巧妙繞開了雙鏈斷裂。它利用先導編輯器在質粒供體上生成一段稱為“微同源臂”的單鏈突起，同時僅讓基因組上產生一個小切口，兩者配對后引導細胞內源 DNA 聚合酶完成長片段合成與整合。整個過程無DNA雙鏈斷裂修復途徑的參與，從源頭上規避了由此帶來的基因毒性。

PRIME-In 系統 工作模式圖

經過編輯器設計、供體優化和遞送組分的系統提升，PRIME-In 在細胞系中實現了最高85% 的定點整合效率，并能處理長達10 kb 的大片段。針對原代 T 細胞，團隊通過引入密碼子優化的分裂型先導編輯器 mRNA、抑制機體 DNA 感知的病毒蛋白 UL36/UL37x1 以及先天免疫抑制劑 A151等，顯著降低了質粒毒性，使報告基因的敲入效率達到約 60%，CAR 的整合效率達到約 50%，并在 7 天內獲得相當于起始數量 11 倍的工程化 T 細胞。

高通量測序顯示，PRIME-In 在原代T細胞編輯中的基因組整合精確度超過 99%，幾乎不引發染色體易位和脫靶整合，編輯副產物遠低于傳統的HMEJ等方法。雙鏈斷裂的避免也使得 p53 介導的凋亡通路不被過度激活，T 細胞的活力和擴增能力因此得到更好保留。在體內實驗中，PRIME-In 構建的 CD19 CAR-T 細胞能夠有效清除小鼠體內的 Raji 腫瘤，其中靶向 AAVS1 位點的 CAR-T 細胞在長期腫瘤控制和功能持續方面表現尤為突出，療效與慢病毒轉導的 CAR-T 細胞相當。此外，該方法還展示了在人胚干細胞等多類型細胞中的應用潛力。

PRIME-In 介導的基因寫入高效精準，規避了現有的非病毒定點整合方法必須切斷基因組雙鏈所引發的染色體易位、大片段缺失及細胞凋亡等問題，為CAR-T 細胞療法等基因編輯細胞藥物的生產提供了更安全、更高效的策略。

中國科學院動物研究所研究生方森、助理研究員唐娜、研究生李伊蕓和郭書宇、博士后陳陽燦為該文章共同第一作者，李偉研究員、王晨鑫副研究員和王皓毅研究員為共同通訊作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41551-026-01671-1

https://doi.org/10.1038/s41421-023-00552-0

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【非原創文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉發分享，未經作者的允許禁止轉載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！