在癌癥治療中，一個長期存在的終極難題，是如何精準殺死病變細胞，同時完全不傷及健康組織。這不僅是臨床醫生面臨的核心挑戰，更是整個生命科學領域追逐的 “圣杯” 之一。傳統的化療與放療往往 “敵友不分”，在殺傷癌細胞的同時也會對快速分裂的健康細胞造成重創。即便是如今備受推崇的靶向藥、免疫療法，也面臨著靶點受限、耐藥性頻發、無法覆蓋所有突變類型的困境。

而被寄予厚望的CRISPR 基因編輯技術，此前也始終難以突破真核細胞中的“殺傷瓶頸”——經典的 Cas9、Cas12a 核酸酶僅能定點切割 DNA，其造成的雙鏈斷裂會被細胞通過非同源末端連接（NHEJ）或同源定向修復（HDR）高效修復，很難觸發細胞死亡；靶向 RNA 的 Cas13 系統，在真核細胞中也無法實現穩定、高效的細胞清除，始終難以落地到病變細胞的定向清除場景中。

近日，一篇發表在國際頂級期刊Nature上題為“RNA-triggered cell killing with CRISPR–Cas12a2”的研究，徹底打破了這一僵局。來自猶他大學、猶他州立大學、德國亥姆霍茲 RNA 感染研究所等機構的科學家團隊，開發出了一套基于 CRISPR-Cas12a2 的可編程精準細胞清除系統，它就像一套自帶 “音頻識別” 的細胞殺毒軟件——只監聽細胞內的 RNA “信號”，只有識別到專屬 “危險暗號” 時才會啟動殺傷程序，對不攜帶靶標序列的健康細胞則完全 “視而不見”，真正實現了對病變細胞的精準、定向清除。事實上，Cas12a2 在 2023 年就被科學家發現，它在細菌中能被靶標 RNA 激活，通過非特異性切割 DNA 引發細菌的休眠與死亡，但其在真核細胞中的作用與應用潛力，始終是未被探索的空白領域，而這項研究，正是首次在真核細胞中解鎖了 Cas12a2 的可編程精準細胞清除能力。

這套系統的核心，是一種近年新發現的V 型 CRISPR 核酸酶 Cas12a2。和人們熟知的、以 “基因剪刀” 著稱的 Cas9 截然不同，Cas12a2 的核心能力并非精準編輯基因，而是 RNA 觸發的 “全基因組 DNA 粉碎”。

它的工作邏輯精妙且嚴謹：首先通過一條定制化的引導 RNA（gRNA），在細胞內尋找與之完全互補的靶標 RNA。只有當引導 RNA 與靶標 RNA 實現完美匹配，且靶標 RNA 旁側帶有特征性的富腺嘌呤原間隔側翼序列（PFS）時，Cas12a2 才會被徹底激活。一旦激活，它就會化身一臺失控的 “分子碎紙機”，在細胞內無差別切割所有雙鏈 DNA（dsDNA），制造大量遍布全基因組的 DNA 雙鏈斷裂——這種級別的 DNA 損傷，已經遠超細胞的修復能力上限，最終會觸發細胞周期停滯，以細胞凋亡為主要途徑，同時伴隨壞死、炎癥性死亡等多種方式，讓靶標細胞徹底走向死亡。而如果引導 RNA 與細胞內的 RNA 無法完美匹配，哪怕只是出現兩個堿基的錯配，Cas12a2 都會始終保持沉默狀態，細胞的生命活動完全不受影響。

RNA觸發的Cas12a2可清除表達目標RNA序列的酵母細胞和哺乳動物細胞

研究團隊首先在釀酒酵母中驗證了這套系統的殺傷能力，結果顯示，靶向ADE2基因轉錄本的 Cas12a2，讓酵母轉化子數量下降了 134 倍，而傳統的 Cas12a 僅能實現 4 倍的下降，且 Cas12a2 的殺傷不會被細胞的同源定向修復機制逃逸，徹底解決了傳統 CRISPR 核酸酶在真核細胞中 “殺不死、易逃逸” 的核心難題。

隨后在人類細胞的實驗中，這套系統的表現同樣驚艷：在穩定表達 GFP 的 HeLa 細胞中，靶向 GFP 轉錄本的 Cas12a2 核糖核蛋白復合物（RNP），實現了高達 86% 的靶標細胞清除；而作為對比，同類型靶向 RNA 的 CRISPR 系統 LbuCas13a，在相同靶點下僅能實現 37% 的細胞清除，效果差距十分顯著。更重要的是，Cas12a2 的殺傷能力不依賴靶標 RNA 的高表達，哪怕是低豐度的內源轉錄本，也能有效觸發細胞死亡，同時還能通過臨床常用的脂質納米顆粒（LNP）實現高效遞送，為體內臨床應用鋪平了道路。

精準性是這項技術最核心的優勢，也是其未來走向臨床的關鍵基石。研究團隊通過多維度實驗系統驗證了 Cas12a2 的脫靶風險，結果顯示，在不表達靶標 GFP 的 HeLa 細胞中，靶向 GFP 的 Cas12a2 既不會造成細胞清除，也不會引發可檢測的 DNA 雙鏈斷裂，更沒有出現非特異性的基因表達差異。體外實驗與細胞內的錯配耐受測試進一步證實，Cas12a2 對堿基錯配的容忍度極低，僅兩個堿基的錯配就會使其完全喪失激活能力，在實驗條件下未觀察到任何有意義的脫靶激活，真正實現了 “非靶標不殺傷” 的超高特異性。

基于這套系統的超強特異性與高效殺傷能力，研究團隊在三大生物醫藥核心場景中，完成了突破性的概念驗證，徹底展現了這項技術的廣闊應用前景。

第一個核心應用，是清除病毒感染的細胞。研究團隊選擇了高危型人乳頭瘤病毒（HPV）——這是宮頸癌、頭頸癌等多種惡性腫瘤的核心誘因，而 HPV 基因組整合到宿主細胞后持續表達的 E6、E7 癌基因轉錄本，正是僅存在于感染細胞中的絕佳靶標。實驗結果顯示，靶向 HPV18 E6 或 E7 轉錄本的 Cas12a2，對 HPV 陽性的 HeLa 細胞實現了 94% 的清除率，而對不攜帶 HPV 的健康 HEK293 細胞則完全沒有殺傷效果。

更重要的是，在 HPV16 陽性的頭頸癌患者來源異種移植（PDX）小鼠模型中，通過瘤內注射 LNP 包裹的 Cas12a2 mRNA 與靶向 E6 的引導 RNA，顯著抑制了小鼠體內的腫瘤生長，且腫瘤組織中檢測到了明確的凋亡標志物，證實了這套系統在體內的有效性與安全性。

第二個應用場景，是基因編輯細胞的高效富集。如今 CRISPR 基因編輯技術已被廣泛應用于科研與臨床，但無論是傳統的插入缺失（indel）編輯，還是超高精準的先導編輯（Prime Editing），都始終面臨編輯效率有限的核心痛點。而 Cas12a2 系統提供了一套完美的解決方案：通過設計引導 RNA 靶向未編輯的野生型轉錄本，只有成功完成基因編輯、靶標序列被破壞的細胞，才能逃過 Cas12a2 的殺傷，從而實現編輯細胞的高效富集。實驗結果顯示，這套系統將 Cas12a 介導的 indel 編輯效率富集了 3.1 倍，更是將先導編輯的精準編輯效率最高富集了 4.3 倍，且適用于多種不同的基因編輯工具，為基因編輯技術的優化與臨床轉化提供了全新思路。

第三個，也是最受關注的應用，是精準殺傷攜帶致癌突變的癌細胞。研究團隊以癌癥中最常見的致癌突變之一KRASG12C為靶點——這種單堿基突變存在于約 13% 的肺腺癌、3% 的結直腸癌中，也是臨床靶向治療的核心靶點，但始終面臨著野生型與突變型難以區分、靶向藥耐藥頻發的臨床難題。研究團隊通過優化引導 RNA 設計，讓 Cas12a2 實現了單堿基分辨率的識別：它能精準識別并被KRASG12C突變轉錄本激活，殺死攜帶突變的癌細胞，而對高表達野生型KRAS的正常細胞完全沒有影響。在天然攜帶KRASG12C突變的非小細胞肺癌 NCI-H23 細胞中，Cas12a2 實現了 50% 的細胞清除；與 FDA 批準的KRASG12C靶向藥索托拉西布（Sotorasib）聯用時，細胞清除率更是從單藥的 65% 提升至 85% 以上。更令人振奮的是，對于已經產生索托拉西布耐藥性的癌細胞，Cas12a2 依然能實現 51% 的清除率，為解決臨床靶向藥耐藥的世界性難題提供了全新方向。

這項研究的通訊作者 Yang Liu 教授這樣形容 Cas12a2：“它的目標不是去糾正細胞里的基因錯誤，而是徹底清除那些攜帶危險轉錄本的細胞。這種酶的特異性超乎我們的想象，它完全不會觸碰健康細胞，這一點讓我們無比震撼。” 另一位通訊作者 Ryan Jackson 也表示，由于 Cas12a2 可以通過簡單的引導 RNA 編程，靶向任意的 RNA 序列，且幾乎沒有脫靶效應，這意味著我們找到了一種能在真核生物中跨物種實現選擇性細胞清除的通用方法。

當然，和所有突破性的生物技術一樣，Cas12a2 從實驗室走向臨床，依然需要經歷漫長的安全性與有效性驗證。目前這項研究的核心數據主要來自體外細胞實驗與小鼠模型，想要真正應用于人類患者，還需要解決遞送系統優化、長期安全性評估、核酸酶免疫原性等一系列問題。但不可否認的是，這項技術為精準細胞清除打開了全新的大門，它的應用場景遠不止癌癥治療：從清除乙肝、HIV 等潛伏病毒感染的細胞，到遺傳病的細胞治療，從生物制造中的工程細胞篩選，到農業中的抗病蟲害育種，都有望迎來全新的突破。而對于無數癌癥患者而言，這項技術的出現，讓 “只殺癌細胞、不傷健康細胞” 的終極抗癌夢想，又向前邁進了堅實的一大步。

參考文獻：

Scholz, P., Thompson, J., Crosby, K.T. et al. RNA-triggered cell killing with CRISPR–Cas12a2. Nature (2026). doi：10.1038/s41586-026-10466-y

來源 | 生物谷

編輯 | VOX

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