在基因编辑的世界里，传统的CRISPR-Cas9技术像一把力道刚猛的“分子剪刀”。它能精准地找到出错的DNA序列，然后“咔嚓”一声将其剪断。但问题也随之而来：这把剪刀在剪断DNA双链的同时，也常会引发细胞惊慌失措的“紧急修复”。这种修复往往是随机的，可能导致意料之外的基因突变，甚至引发染色体易位，带来安全隐患。

如何在不制造“伤口”的前提下，把正确的基因片段精准“写入”基因组？这成了清华大学生命科学学院王海峰团队一直思考的问题。

如果把传统的双链切割比作“伤筋动骨”的大手术，那么他们想要的，只是一把在DNA上挑开一个小缺口的“钩针”，然后温柔地将正确的基因片段“织”进去。

王海峰团队开发的KNIT Editing系统（以下简称KE），就如同这样一把温柔的“分子钩针”。该系统只需在DNA的一条链上制造一个切口，便能实现大片段基因的高效精准“织”入，效率最高可达89%，支持从0.7 kb（千碱基对）到超过10 kb DNA片段的可编程整合。7月22日，这项研究成果发表在《自然》上，有望为遗传病治疗和细胞疗法提供更精准安全的工具，同时也打破了长期以来“仅基于单链切口的基因编辑效率低下”的传统认知。

王海峰团队。

一次关于“时空”的跨界思考

王海峰的科研之路，并非一开始就直奔基因编辑而去。在博士和博士后阶段，她更像一个痴迷于细胞内部动态的“观察者”。“我特别想知道细胞里生命过程是如何发生的，比如染色质究竟如何运动，DNA互作又如何在时空维度上动态变化。”王海峰在接受《中国科学报》采访时回忆道。

她开发的CRISPR LiveFISH技术给DNA带上荧光，在活细胞里给染色质的运动和DNA互作拍“纪录片”，并开发了CRISPR-GO技术调控染色质在细胞核内不同区室的定位。这种对染色质时空动态和三维基因组互作的理解，为她后来开发新工具埋下了伏笔。

“我们做活细胞成像时，学习到了‘时空’的概念。一件事要在正确的时间、正确的地点才能发生，一个分子也需要在正确的时空位置才能更好地发挥它的功能。”王海峰说。这种思路被巧妙地借鉴到了基因编辑中。传统的双链断裂方法，是依靠细胞自身的修复机制去“补洞”，而这个“洞”补得是否精确，很难控制。

王海峰团队意识到，想要实现安全精准的插入，关键或许不在于如何“破坏”，而在于如何“引导”。2022年左右，团队进行了一项关键的系统性筛选。他们尝试了各种方法：抑制其他DNA修复通路、融合DNA修复蛋白、DNA链上双重切口……经过大量探索，一个看似简单却十分关键的策略最终脱颖而出——把修复模板“拉”到单链切口旁边。

“我们发现，只要把供体DNA拉到足够近的位置，单链切口就能非常有效地启动修复和插入。”论文共同第一作者、清华大学生命科学学院博士后郜艳敏向《中国科学报》解释道。

这个发现让团队感到惊喜。他们给这个技术起名为“KNIT Editing”，既寓意“编织”（knit）的过程，也对应其英文全称 kilobase-scale nickase-targeting editing（千碱基尺度切口酶靶向编辑）。这个名字的灵感就来自织毛衣的动作——切口酶（nickase）如同一枚细小的钩针，在DNA上形成精准的单链切口；而供体DNA则像一根毛线，在空间定位的引导下被牵引并“编织”进基因组，实现精准的基因信息写入。

“很多工具开发的突破，最后看起来可能只是捅破了一层窗户纸。但找到在哪里捅破这层窗户纸，经常需要经历长期的探索和反复尝试。”王海峰说，“就这样看起来很简单的方法，我们找了四年才找到。”

王海峰团队。

不断迭代：一场效率与安全的平衡术

团队开发的KE系统的第一个版本KE1系统验证了“供体空间邻近性”是提升单链切口修复效率的关键。它能实现从0.7 kb到超过10 kb的大片段基因精准敲入，且非预期的插入缺失突变、染色体易位和脱靶编辑显著低于传统方法。

但王海峰团队并不满足于此。“能不能再提高一些效率？”在KE1的基础上，他们开始了第二轮优化，尝试了抑制其他DNA修复通路、融合DNA修复蛋白等，最终开发出优化的第二个版本KE2系统。

如果说KE1是一个钩针，那么KE2就是一把“多钩针”。“我们让切口位点能招募更多的供体DNA。”王海峰比喻道，“就像以前勾一条线，现在勾一堆线过来，哪个能补上就用哪个。”这种略显“粗暴”但有效的策略，进一步提高了供体DNA在切口附近的局部浓度，使得精准插入效率进一步提升，在某些位点比KE1系统提高1.5倍。

KNIT Editing策略示意图及结果。

KE系统展现出几项独特优势。首先，它支持重复编辑。由于单链切口几乎不产生缺失突变，没有完成插入的细胞依然保留完整的靶序列，可以接受多轮编辑，逐步提升编辑效率。

此外，它支持多位点同时编辑。王海峰提到，如果用传统Cas9同时切割两个染色体位点，“染色体易位的发生概率比较高，用活细胞成像都能直接看到”。研究团队的数据表明，效率的提升并非以牺牲安全性为代价。恰恰相反，由于KE系统完全不产生DNA双链断裂，它从根本上规避了传统技术最令人担忧的风险。染色体易位几乎检测不到，脱靶效应同样极低。

郜艳敏提到，这项成果最重要的价值在于安全性。她指出，传统的CAR-T细胞制备常使用病毒载体实现CAR的随机插入，存在引发继发性肿瘤的潜在风险；而基于Cas9的双链断裂方法又会导致基因组不稳定。相比之下，KE系统提供了一种“无病毒、无断裂”的精准整合方案，有望为提高细胞治疗的安全性开辟新路径。

表面上看，实验顺利推进，数据逐渐完备。但真正的硬仗，在投稿阶段才开始。

2024年10月，团队首次将论文投给《自然》杂志，第一轮收到了80多条审稿意见。审稿人认为文章有价值，但结果还比较初步。“那段时间确实很焦虑。”郜艳敏说，“一遍一遍地告诉自己，这个课题是有价值的。只要他们给了机会，就说明还有希望。”

团队没有被击倒。他们花了数月补实验，加强了应用部分的证据链，把文章中的数据做得更系统扎实，同时也投入大量精力重新调研文献，打磨“创新性”的论述。针对审稿的每一条意见，研究团队反复修改和打磨文章，并准备了100多页的回复信。

第二轮投出后，一些审稿人提出了更多的问题，比如CAR-T编辑效率能否达到临床应用水平。团队再次扎进实验室，连续几个月，日复一日调整研究方案、优化系统，终于在2025年底拿到了理想的数据。

“王老师身上有种百折不挠的韧劲。”郜艳敏笑着回忆，“她一次一次鼓励我们不要放弃，坚持做实验、找问题、看文献，我们经常聚在一起讨论解决方案，互相打气。事实证明，坚持一定会胜利。到第三轮投稿，审稿人给出了正向反馈。从投稿到接收，整整接近两年。”

织补生命，带来一线新曙光

工具的意义在于应用。为了验证KE系统的临床潜力，研究团队在两种具有挑战性的场景中进行了测试。

第一种是遗传病基因修复。

很多遗传病都是因为单个基因突变导致的，但这个基因可能有多种不同的“出错方式”。比如，有一种严重的免疫缺陷病（X-SCID），相关基因已经被发现了250多种不同的突变；还有一种叫溶酶体酸性脂肪酶缺乏症（LAL-D）的病，它的相关基因也有100多种不同的突变。

面对这种“多种突变导致同一疾病”的复杂性，科学家希望开发一种“通用型”策略：把一段正常的基因拷贝放进细胞基因组的“安全位置”或内源基因位点，让机体能够长期、稳定地生产出需要的正确蛋白质，从而达到治疗目的。研究团队选取了含有溶酶体酸性脂肪酶缺乏症相关LIPA基因突变的细胞模型，并利用KE系统成功地将正常的LIPA基因cDNA精准地插入了基因组的“安全港”位点（AAVS1），甚至在原位基因位点也进行了整合，有效恢复了蛋白表达。

第二种则是当下肿瘤免疫治疗的热门——CAR-T细胞疗法。

CAR-T细胞疗法，简单说就是把患者自己血液里的免疫T细胞抽出来，在实验室里给它们装上专门识别癌细胞的CAR“导航系统”，再输回体内，让这些被“武装”过的CAR-T细胞去识别追杀肿瘤。目前主要用于血液系统恶性肿瘤的治疗，为许多传统治疗无效的患者带来了临床治愈的可能。

然而，传统的CAR-T制备依赖病毒载体将CAR随机整合入T细胞基因组，存在不确定性，美国FDA和欧洲EMA都曾就此发出过安全性警示；新近的研究用基因编辑在特定基因定点敲入CAR，但现有方法涉及双链断裂，可能引发基因组不稳定性。研究团队采用的KE系统在精准编辑方面展现了独特的优势。研究团队在临床相关的TRAC位点实现了CAR基因的高效精准整合，平均效率约32%，最高达40.6%，同时显著降低了染色体易位和脱靶整合的风险。“这样制备出的CAR-T细胞，保持了很好的活性和增殖能力，在体内外都展现出了有效的肿瘤杀伤效果。”王海峰介绍。

KNIT Editing技术优势及应用前景。

这一过程中，研究团队学习了很多国内外同行的前沿方法，尤其从国内优秀团队的工作中获益良多。在编辑精度检测方面，团队学习了北京大学胡家志团队建立的评估体系；在定点整合制备CAR-T和基因编辑技术应用领域，则重点学习了浙江大学黄河团队、华东师范大学刘明耀团队、杜冰团队与李大力团队、中国科学院高彩霞团队，以及武汉大学张楹团队与殷昊团队等国内高水平研究团队的杰出工作与系列研究。

对此，郜艳敏感触颇深。她说：“在做CAR-T细胞编辑时，我们一开始并不知道多高的效率才有临床意义。后来学习到国内专家的工作，发现大约20%的插入效率在临床达到了治疗效果，这给了我们一个清晰的目标。”正是基于对国内外优秀团队工作的学习与对标，他们不断优化系统，最终实现目标。

从一次偶然的发现，到一个原创工具的诞生，再到具有临床前景的应用尝试，王海峰团队走了整整四年。其间经历了多轮系统优化和修改打磨，写了总共长达200多页的审稿回复，但团队顶住压力最终坚持了下来。

“我希望我们的工具能够真正发挥作用。”王海峰说。怀揣着对解决真正科学问题的渴望，这个年轻的团队不断前行。他们用一把温柔的“分子钩针”，在基因组的“天书”上，绣出了一幅安全与高效并重的未来图景，期望为那些曾被视作不治之症的遗传病和肿瘤患者，增加一线新的曙光。和很多基因编辑工具一样，KE系统的应用也会受到递送系统的限制。此外，依赖单链切口介导同源重组修复（HDR）的分子机制仍需要进一步解析。

团队下一步的方向，是进一步优化递送系统、探索招募模块的迭代，以及研究单链切口介导HDR的分子机理。“专业的事还需要专业的人去做。”王海峰说，“我们希望能与更多领域的专家开展合作，也期待有相关背景的人才加入团队，探索这一系统在疾病研究和精准医学应用中的潜力。”

（文中图片皆为课题组提供）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10819-7