TIGER技术重磅登场：基于NHEJ的精准基因编辑，在体内实现耳聋模型的长期功能恢复

移码突变是导致人类遗传病的重要原因之一，约占孟德尔遗传病的20%以上。传统的基因替代疗法受限于病毒载体容量，而依赖外源模板的精准编辑策略在非分裂细胞中效率低下。有趣的是，占DNA双链断裂修复事件80%以上的非同源末端连接（NHEJ）通路，过去被视为“随机易错”的修复机制。但近年研究发现，NHEJ介导的插入缺失（InDel）其实具有一定的可预测性。

近日，来自清华大学生命科学联合中心、北京脑科学与类脑研究所（CIBR）的熊巍研究团队（共同一作为邱士伟、刘莲、向斌）在Nature Biomedical Engineering (IF=30.4) 发表题为 “Template-independent genome editing and restoration for correcting frameshift disorders”的研究论文。该研究开发了一种名为TIGER的无模板基因编辑策略，通过深入解析CRISPR-Cas9诱导的NHEJ修复中核苷酸水平的序列偏好性，实现了对移码突变的精准预测与高效修复。

研究团队建立了可公开访问的TIGER在线预测平台，并在耳聋小鼠模型中验证了该策略的体内疗效——通过双AAV递送SpCas9和最优gRNA，成功恢复了Otof基因移码突变小鼠的长期听力功能，且编辑产物中高达90.4%为完全野生型蛋白。这一突破，为占孟德尔遗传病20%以上的移码突变相关疾病（如遗传性耳聋、视网膜病变等）提供了无需外源修复模板、精准且持久的基因治疗新范式。

研究亮点

1.建立可预测的移码修复模型

研究者定义了“读码框内比率（in-frame ratio）”和“长度恢复比率（length-restoring ratio）”两个关键指标，并开发了TIGER在线预测平台（https://tigerportal.cibr.ac.cn/），可精准预测gRNA的修复效率。

2.大规模跨模型验证

研究评估了118条gRNA在10个耳聋相关基因中的修复效果，发现约75%的缺失突变和50%的插入突变可产生≥30%的读码框内产物，足以恢复蛋白功能。

3.体内实现长期功能恢复

在Otof c.1233delC耳聋小鼠模型中，通过双AAV9载体递送SpCas9和最优gRNA，实现了44%内毛细胞（IHCs）的Otoferlin蛋白恢复，听力阈值恢复至接近野生型水平，且效果持续12个月以上，显著优于传统基因替代疗法。

主要研究结果

1.TIGER核心预测因子的建立与验证

研究团队首先在Pcdh15-av3j小鼠耳蜗培养模型中，验证了四种gRNA对+1移码突变的修复效果。结果显示，读码框内比率≥30% 的gRNA可恢复超过50%毛细胞的机械转导功能。进一步分析发现，长度恢复比率（即恢复原始蛋白长度的编辑产物比例） 是评估修复质量的关键指标。

2.同源序列预测与全基因组验证

研究者利用人类基因组中天然存在的插入/缺失配对序列，发现野生型序列的InDel模式可高度预测突变型序列的修复效果（Pearson相关系数R > 0.6的配对占68.9%）。这一发现极大拓展了TIGER的适用性，无需预先构建动物模型即可预测gRNA疗效（图1）。

图1 决定TIGER疗效的关键因素。

关键数据：

• 3个月后，约44%的内毛细胞（IHCs）恢复Otoferlin蛋白表达（图2）。
• Click-ABR阈值恢复至约30 dB SPL，接近野生型水平。
• 纯音ABR各频率阈值较未治疗组降低超过50 dB。
• 听觉行为学（ASR和PPI）也显著改善。
• 效果持续12个月以上，且无明显的脱靶编辑或组织损伤（图3）。

图2 TIGER在OTOF耳聋小鼠模型中的体内疗效。

图3 TIGER的长期、持久疗效及优于基因替代疗法。

研究与展望

本研究首次系统性地证明，基于NHEJ的TIGER平台可以高效、精准地修复移码突变，并在体内实现长期的功能恢复。其主要意义包括：

• 为占遗传病20%以上的移码突变提供了通用治疗策略，尤其是耳聋、视网膜疾病、神经肌肉疾病等。
• TIGER在线预测平台（https://tigerportal.cibr.ac.cn/）为研究者提供了免费的gRNA设计与疗效评估工具。
• 相比传统基因替代和先导编辑，TIGER在非分裂细胞中具有更高的编辑效率和更好的长期稳定性。
• 尽管仍存在PAM序列限制、脱靶风险等问题，但结合近PAM-less Cas9变体，TIGER有望拓展至更广泛的基因突变类型。

总之，TIGER为移码突变疾病提供了一种可预测、高效、持久的体内基因修复策略，标志着NHEJ通路从“随机修复”走向“精准治疗”的重要转变。

派真生物有幸为本研究提供了AAV病毒包装服务。

本研究用到的病毒载体信息

参考资料

1.Qiu, S., Liu, L., Xiang, B. et al. Template-independent genome editing and restoration for correcting frameshift disorders. Nat. Biomed. Eng (2026).
https://doi.org/10.1038/s41551-026-01635-5

2.TIGER在线预测平台：https://tigerportal.cibr.ac.cn/