# 表观基因组编辑

通过dCas9融合蛋白或锌指蛋白重写DNA甲基化及组蛋白标记来开启或关闭基因——不改变DNA序列，但效果可在细胞分裂过程中遗传。

Source: https://cn.bioecon.ru/technology/epigenome-editing/
Updated: 2026-08-18



## 概述与价值链

标记：[EC：ATMP法规与转基因生物指令2001/18/EC | OECD：bio-pharma | 监管机构：FDA（美国）、EMA（欧盟）、NMPA（中国）]

表观基因组编辑通过重写DNA甲基化及组蛋白标记而非底层DNA序列来调控基因表达——激活或沉默目标基因，最常见的方式是将催化失活的Cas9（dCas9）与表观遗传酶结构域（DNA甲基转移酶、去甲基化酶或组蛋白乙酰化酶）融合，或使用锌指蛋白作为替代性DNA结合支架。Tune Therapeutics公司的TEMPO平台在2026年提供了最明确的临床验证：TUNE-401是一种静脉给药的LNP-RNA表观遗传沉默剂，作为治疗乙型肝炎的首创表观遗传疗法，在2026年欧洲肝脏研究学会（EASL）大会上报告了积极的Ib/IIa期数据。Chroma Medicine公司已发表其RENDER平台，用于瞬时递送可编程的CRISPR表观基因组编辑核糖核蛋白，并持有涵盖表观遗传编辑组合物的专利申请，可在不改变DNA序列的情况下改变表观遗传状态。Sangamo Therapeutics公司采用锌指转录因子而非dCas9，已与基因泰克（Genentech）合作开发针对阿尔茨海默病的表观遗传疗法，并持有针对α-突触核蛋白的锌指抑制因子专利申请，用于神经系统疾病治疗。由于持久的表观遗传标记可通过后续细胞分裂遗传给子细胞，单次给药原则上即可产生持久的治疗效果，而不永久改变基因组。

表观基因组编辑的关键方向：
1. **基因沉默（CRISPRi式）：** 将dCas9与KRAB抑制结构域融合，单独使用或与DNA甲基转移酶（DNMT3A）联用，持久关闭致病驱动基因，如乙型肝炎病毒启动子或PCSK9。
2. **基因激活（CRISPRa式）：** 将dCas9与激活结构域（VP64、p65、RTA）融合，在不插入新DNA的情况下开启治疗性基因或抑癌基因。
3. **锌指表观遗传抑制：** 使用工程化锌指蛋白而非dCas9作为抑制结构域的DNA结合支架——Sangamo公司针对α-突触核蛋白等靶点采用的方法。
4. **多重及可逆控制：** 用向导RNA库同时调控数十个基因，或利用光敏介导蛋白（光遗传表观学，如CRY2/CIB1）实现甲基化的时空控制。

### 行业价值链

```
[染色质图谱与靶点选择] ──> [dCas9-效应因子融合设计] ──> [表观编辑器mRNA/gRNA生产]
                                                                                        │
                                                                              （递送至靶细胞核）
                                                                                        │
                                                                                        ▼
[表达与甲基化稳定性控制] <─── [靶位点DNA甲基化]
```

### 价值链层级

| 层级 | 描述 | 关键输入/输出 |
|:---|:---|:---|
| **1. 靶点选择** | 绘制染色质状态图谱并选择表观遗传靶位点（如基因启动子的CpG岛）。 | **输入：** 染色质图谱数据、候选基因位点。<br>**输出：** 经验证的靶位点及向导RNA设计。 |
| **2. 效应因子融合设计** | 设计dCas9与催化结构域（DNMT3A、KRAB、VP64）的融合，以实现所需的激活或沉默效果。 | **输入：** dCas9支架、效应结构域序列。<br>**输出：** 表观遗传编辑器融合构建体。 |
| **3. mRNA/gRNA生产** | 生产编码表观编辑器融合蛋白的mRNA及其向导RNA。 | **输入：** DNA模板、体外转录试剂。<br>**输出：** 纯化的mRNA及gRNA。 |
| **4. 递送** | 将mRNA/gRNA（通常通过脂质纳米颗粒）递送至靶细胞核内。 | **输入：** mRNA/gRNA、递送载体（LNP/病毒载体）。<br>**输出：** 已转染的靶细胞。 |
| **5. 甲基化/表达编辑** | 表观编辑器复合物对靶位点进行甲基化或去甲基化，改变基因表达。 | **输入：** 已转染细胞、编辑器复合物。<br>**输出：** 表达状态已改变的细胞。 |
| **6. 稳定性控制** | 监测甲基化持久性及基因表达水平在后续细胞分裂中的变化。 | **输入：** 已编辑细胞群体。<br>**输出：** 确认的持久（或瞬时）表达变化。 |

该行业的跨领域技术：
- **多重表观遗传编辑：** 用向导RNA库同时调控数十个基因的表达，重编程细胞表型，且不具备DNA切割方法所带来的染色体畸变风险。
- **光遗传表观学：** 光敏介导蛋白对（如CRY2/CIB1）通过激光照射实现对DNA甲基化的时空控制。
- **失活Cas9（dCas9，D10A/H840A）：** 一种催化"死亡"的Cas9变体，可紧密结合DNA而不引入单链或双链断裂，作为表观遗传效应结构域的通用DNA靶向支架。

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## 美国

美国在商业化表观遗传治疗领域处于领先地位，风险投资支持的初创企业推进首批临床表观遗传沉默剂，已有的基因编辑公司也在向表观遗传机制拓展。

### 临床表观遗传沉默剂、锌指表观遗传平台、FDA持久性要求
- **Tune Therapeutics：** 其TEMPO平台开发出TUNE-401，一种静脉给药的LNP-RNA表观遗传沉默剂，作为治疗乙型肝炎的首创表观遗传疗法，在2026年EASL大会上报告了积极的Ib/IIa期概念验证数据。
- **Chroma Medicine：** 已发表其RENDER平台，用于瞬时递送可编程的CRISPR表观基因组编辑核糖核蛋白，并持有表观遗传编辑组合物及方法的专利申请。
- **Sangamo Therapeutics：** 采用锌指转录因子而非dCas9作为其DNA结合支架，与基因泰克合作开发针对阿尔茨海默病的表观遗传疗法，并持有针对α-突触核蛋白的锌指抑制因子专利申请。
- **FDA持久性要求：** FDA要求提供证据证明表观遗传"基因敲低"在治疗结束后数月内不会自发恢复——这是该模式特有的核心评估标准。

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## 中国

中国正在农业与生物医学领域并行推进表观基因组编辑，学术机构同时推动作物性状改造及遗传性疾病研究。

### 无需改变DNA的农业性状编辑、表观遗传遗传性研究、乙肝沉默试点
- **清华大学：** 开展与先天性疾病（如肌营养不良症）相关的表观遗传编辑及遗传性研究，是中国更广泛表观遗传学研究基础的一部分。
- **农业应用：** 中国农业高校已培育出在不改变底层DNA序列的情况下、表观遗传性状（开花时间、耐旱性）得到改变的作物，相较传统转基因作物更易获得伦理/监管批准。
- **临床试点：** 中国临床中心正在开展表观遗传抑制患者肝细胞中乙型肝炎病毒（HBV）复制的试点研究，与美国临床项目中对乙肝的关注相呼应。

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## 欧盟

欧盟的贡献集中于学术性基因治疗研究机构，将表观遗传工具拓展至细胞治疗及神经生物学领域，处于聚焦脱靶甲基化风险的EMA监管框架下。

### CAR-T表观遗传工程、基因治疗生产规模化、EMA脱靶甲基化审查
- **圣拉斐尔泰勒松基因治疗研究所（SR-Tiget，意大利）：** 欧洲领先的基因治疗研究机构，探索通过表观遗传编辑改善CAR-T细胞功能（降低T细胞耗竭），并于2026年宣布与Cytiva合作解决基因治疗生产规模化瓶颈问题。
- **Horizon Europe资助的神经生物学联盟：** 欧洲团队，尤其是意大利和德国的团队，正在为癫痫及慢性疼痛等神经系统适应症开发表观遗传工具。
- **EMA监管重点：** EMA特别关注全局脱靶DNA甲基化风险，要求在表观遗传治疗后进行全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）以绘制整个细胞甲基化组图谱。

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## 领先企业与科研机构

| 企业/机构 | 国家 | 主要产品/平台 | 技术特点 | 2026年状态 |
|:---|:---|:---|:---|:---|
| **Tune Therapeutics** | 🇺🇸 美国 | *TUNE-401*（TEMPO平台） | LNP-RNA表观遗传沉默剂，Ib/IIa期积极数据 | 临床试验 |
| **Chroma Medicine** | 🇺🇸 美国 | *RENDER*表观基因组编辑平台 | 瞬时RNP递送，已获专利的编辑组合物 | 研发阶段 |
| **Sangamo Therapeutics** | 🇺🇸 美国 | 锌指表观遗传抑制因子 | 靶向α-突触核蛋白的ZFP转录因子，与基因泰克合作 | 临床试验 |
| **清华大学** | 🇨🇳 中国 | 表观遗传遗传性研究 | 先天性疾病及农业性状相关应用 | 研发阶段 |
| **圣拉斐尔泰勒松研究所** | 🇮🇹 意大利 | CAR-T表观遗传工程研究 | 基因治疗生产规模化（与Cytiva合作） | 研发阶段 |

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## 技术栈与创新发展

现代表观基因组编辑生产依赖以下技术栈：

1. **KRAB-DNMT3A-DNMT3L混合结构域：**
   - 一种三重催化复合物，提供协同、持久且高度稳定的DNA甲基化，是TUNE-401乙肝疗法等长效基因沉默效果背后的核心机制。
2. **失活Cas9（dCas9）支架：**
   - 一种携带D10A/H840A突变的催化"死亡"Cas9变体，可紧密结合DNA而不将其切割，作为激活或抑制结构域融合的通用靶向模块。
3. **亚硫酸氢盐测序（BS-seq）用于甲基化验证：**
   - 在测序前将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，使研究人员能够量化靶位点甲基化CpG位点的比例——这是确认表观遗传编辑已生效的标准方法。

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## 价值链与生产流程

### 靶基因表观遗传沉默稳定性验证流程

```
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 针对靶基因启动子设计   │ ───> │ 2. dCas9-KRAB-DNMT3A       │
│    sgRNA                   │      │    转染                    │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 亚硫酸氢盐测序          │ <─── │ 3. 72小时后收获细胞并      │
│                            │      │    提取基因组DNA           │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 传代培养30代            │ ───> │ 6. RT-qPCR最终沉默检测    │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
```

#### 阶段1：靶点设计
针对靶基因（如用于降低胆固醇的PCSK9）启动子区域的CpG岛设计sgRNA。

#### 阶段2：编辑器递送
用编码dCas9-KRAB-DNMT3A融合蛋白的mRNA连同sgRNA转染靶细胞（如肝细胞）。

#### 阶段3：DNA提取
三天后（编辑器mRNA降解后）收获细胞，使用商业试剂盒提取基因组DNA。

#### 阶段4：甲基化分析
亚硫酸氢盐转化（将未甲基化胞嘧啶转化为尿嘧啶）后对靶位点测序，量化甲基化CpG位点的比例。

#### 阶段5：遗传性测试
在无表观编辑器的条件下将已编辑细胞传代培养30天（约30个分裂周期），检验沉默效果在无持续治疗情况下是否得以维持。

#### 阶段6：表达控制
提取RNA并进行RT-qPCR，确认靶基因转录的稳定沉默，预期表达水平应保持在基线的10%以下。