Cell Stem Cell｜葛均波/周昌阳/孙怡迪等提出Epi-Allele重塑等位基因表达，避免显性遗传病治疗性单倍剂量不足

显性遗传病患者通常携带一个致病等位基因和一个正常等位基因，因此选择性抑制致病等位基因已成为一种具有吸引力的治疗思路。尽管凭借小核酸药物和基因编辑技术该策略已在部分疾病中取得理想疗效，然而，对于MYH7等剂量敏感基因，仅仅“关闭”突变等位基因并不一定安全：虽然减少了致病蛋白，但也可能使基因总表达量降至维持正常生理功能所需的水平以下，从而产生新的“剂量不足”问题。

如何在“抑制致病等位基因”和“维持总表达量”之间取得平衡，是显性遗传病等位基因特异性治疗面临的关键问题。但跳出“基因沉默”的思路，如果能在维持总表达量的情况下“重塑等位基因表达比例”，就有望实现一种更理想的治疗状态——既减少有害的突变产物，又维持足够的正常蛋白表达。

2026年9月3日，复旦大学附属中山医院葛均波院士，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心周昌阳研究员、孙怡迪研究员，复旦大学附属中山医院宋亚楠副主任医师及同济大学薛剑煌研究员团队在Cell Stem Cell发表题为Epi-Allele editing elicits compensatory expression of the non-targeted allele and prevents therapeutic haploinsufficiency in dominant genetic diseases的研究论文。研究提出等位基因特异性表观遗传编辑策略Epi-Allele：表观编辑在沉默目标等位基因的同时，可诱导非靶向等位基因补偿性表达上调，从而重塑两条等位基因的表达比例并维持总基因表达。

Epi-Allele利用基因调控区的非致病单核苷酸多态性（SNP）区分两条等位基因。研究人员设计等位基因特异性sgRNA，将dCas9表观遗传编辑器定位到目标等位基因的调控区域，在局部建立抑制性表观遗传状态。由于常见调控区SNP可存在于同一疾病基因的多种致病突变背景中，这一策略有望减少逐一针对致病突变设计编辑工具的限制。

图1 Epi-Allele的设计思路及潜在作用机制

1 等位基因特异性表观编辑诱导非靶向等位基因补偿表达

研究首先以Myh6为模型验证Epi-Allele的编辑效果。Myh6是人MYH7在小鼠中的功能对应基因，而MYH7是肥厚型心肌病主要的致病基因。通过报告系统和小鼠原代心肌细胞实验，作者证明Epi-Allele能够持久地选择性降低目标等位基因的表达。

在C57/DBA杂合心肌细胞中，靶向抑制C57等位基因后，非靶向的DBA等位基因表达显著升高，总Myh6 mRNA和蛋白水平基本保持稳定；使用其他表观遗传编辑器时也观察到类似现象。相比之下，siRNA介导的RNA水平沉默和CRISPR-Cas9介导的DNA切割均未引起非靶向等位基因上调。这些结果提示，补偿效应并非一般性的表达反馈，而可能与局部染色质状态的重塑有关。

2 全基因组筛选揭示补偿效应的普遍性及位点依赖性

为判断补偿效应是否局限于少数基因，作者在C57/DBA杂合小鼠胚胎干细胞中开展了全基因组等位基因特异性表观编辑筛选。通过整合sgRNA信息和单细胞转录组读出，研究人员并行评估了大量靶点的等位基因表达变化。结果显示，在成功发生表观编辑的基因中，约53%出现了非靶向等位基因补偿性上调。

进一步分析发现，补偿效应具有明显的靶位点依赖性：即使针对同一基因，不同sgRNA靶向不同调控位置，也可能产生不同的补偿结果。作者进一步整合多组学表观遗传特征、sgRNA和靶DNA序列、SNP与转录起始位点的距离以及基因表达水平，建立深度学习预测模型。该模型的预测准确率达到80.2%，并在独立验证中提高了补偿型靶点的设计成功率。特征分析显示，DNA甲基化、染色质开放性、RNA聚合酶II结合以及部分组蛋白修饰与补偿效应密切相关。

3 表观编辑伴随转录因子占据和等位基因染色质状态重塑

以Myh6位点为例，Epi-Allele处理后，靶向的C57等位基因DNA甲基化和H3K9me3等抑制性标记增加，活性组蛋白修饰和染色质开放性下降；非靶向的DBA等位基因则表现出DNA甲基化降低、H3K27ac和H3K4me3增强以及染色质开放性升高。这种“一抑一扬”的染色质变化与两条等位基因的表达重平衡一致。

转录因子分析进一步显示，Epi-Allele处理并未明显改变心肌关键转录因子GATA4和NKX2-5的总体表达，但二者在两条等位基因上的占据发生变化：在靶向等位基因上的结合减少，在非靶向等位基因上的结合增加。转录因子敲低、过表达以及调控区删除实验进一步支持转录因子占据变化参与非靶向等位基因补偿激活。

作者将这一现象概括为“转录因子占据重分配”（TF occupancy redistribution）工作模型。需要指出的是，现有数据支持转录因子占据、染色质重塑与补偿性转录之间的关联，但尚不能证明单个转录因子分子在两条等位基因之间直接转移，也不能完全排除更广泛调控响应的参与。其因果顺序仍有待通过动力学追踪和更精细的扰动实验进一步解析。

4 Epi-Allele改善小鼠及患者来源心肌细胞的肥厚型心肌病表型

在治疗验证中，作者选择肥厚型心肌病作为应用场景，并使用Myh6 R403Q/+小鼠模型开展体内研究。Epi-Allele递送后，致病Myh6等位基因表达下降，正常等位基因表达升高，总Myh6表达保持稳定。同时，小鼠室壁肥厚、心肌纤维排列异常、纤维化和心电异常均得到缓解，未观察到因总表达不足导致的心功能下降。

单核RNA测序显示，Epi-Allele处理使肥厚型心肌病小鼠的心脏细胞组成和转录状态向野生型方向恢复。在心肌细胞中，与心肌收缩、氧化磷酸化、MAPK及肥厚型心肌病相关的异常转录程序减弱；在成纤维细胞中，生长因子响应和胶原细胞外基质相关的纤维化程序受到抑制。

作者还在携带MYH7 R403Q突变的患者来源诱导多能干细胞分化心肌细胞（iPSC-CM）中进行了验证。针对MYH7调控区非致病SNP的Epi-Allele编辑降低了致病等位基因表达，提高了正常等位基因表达，并维持总MYH7水平。处理后，心肌细胞的肌原纤维排列、细胞肥大和氧代谢均有所改善。基于研究分析的变异频率，作者估算单个sgRNA有望覆盖较大比例的相关患者；这一人群覆盖潜力仍需在不同人群和更大样本中进一步验证。

图2 Epi-Allele的研究框架、机制探索与治疗验证

研究意义与展望

综上，该研究提出了一种不同于突变修复或单纯沉默的显性遗传病干预策略：利用调控区非致病SNP选择性抑制致病等位基因，同时激活正常等位基因的补偿表达，以避免治疗性单倍剂量不足。研究还揭示，表观遗传编辑可伴随两条等位基因之间的染色质状态和转录因子占据重塑，为理解等位基因间表达平衡提供了新的实验体系。

从临床转化角度看，Epi-Allele将靶点从种类繁多的致病突变转向相对常见的调控区SNP，为提高单一编辑工具的人群覆盖率提供了可能。不过，其递送效率、组织特异性、长期表观遗传稳定性、脱靶效应及人群适用范围仍需在大动物和更接近临床的模型中系统评估。

复旦大学附属中山医院王政民博士、韩丞治博士研究生，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心黄奕鸣博士，复旦大学附属中山医院付裕园博士研究生，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心胡楷杰，以及复旦大学附属中山医院黄浙勇主任医师为共同第一作者。复旦大学附属中山医院葛均波院士，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心周昌阳研究员、孙怡迪研究员，复旦大学附属中山医院宋亚楠副主任医师，以及同济大学薛剑煌研究员为共同通讯作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S193459092600305X

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