近日，Cell Stem Cell在线发表题为《Epi-Allele elicits compensatory expression of the non-targeted allele and prevents haploinsufficiency in dominant genetic diseases》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）周昌阳、孙怡迪研究团队，联合复旦大学附属中山医院葛均波、宋亚楠团队和同济大学薛剑煌研究团队完成。研究提出等位基因特异性表观遗传编辑策略Epi-Allele：在选择性沉默靶向等位基因的同时，诱导非靶向等位基因补偿性上调，从而在重塑等位基因表达比例的同时维持基因总表达水平。该策略为降低显性遗传病等位基因沉默治疗中的单倍剂量不足风险提供了新思路。

显性遗传病治疗的难题：如何只关闭“坏”的一条

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。选择性抑制致病等位基因、同时保留正常等位基因，是具有吸引力的治疗思路。然而，对于表达剂量敏感的基因，单纯沉默致病等位基因可能使基因总表达量降至正常水平以下，产生单倍剂量不足及相应的生理功能异常。因此，如何在降低致病产物的同时维持基因总表达水平，是等位基因特异性治疗需要解决的关键问题。

01 Epi-Allele：从等位基因沉默到等位基因重塑

Epi-Allele利用患者基因组调控区中广泛存在的非致病单核苷酸多态性（SNP）作为等位基因识别标记，将表观遗传编辑工具定位至携带致病突变的等位基因。与切割DNA的CRISPR-Cas9或靶向RNA的干预方式不同，Epi-Allele不改变DNA编码序列，而是通过调节染色质状态抑制目标等位基因的转录。研究团队在杂合心肌细胞中发现，致病等位基因被沉默后，正常等位基因出现补偿性表达上调，使靶基因总表达水平保持稳定。这表明Epi-Allele并非简单地“关闭一半”基因表达，而是能够推动等位基因表达比例重塑。

图1 Epi-Allele等位基因重塑策略及潜在作用机制

02 全基因组筛选、预测模型与作用机制

为判断补偿性表达是否具有普遍性，研究团队进一步开展了全基因组等位基因特异性表观遗传编辑筛选，并将sgRNA信息与单细胞转录组读出相结合，对大量靶点的等位基因表达变化进行并行评估。结果显示，在成功发生表观遗传编辑的基因中，约53%的基因出现了非靶向等位基因的补偿性表达上调。进一步分析表明，补偿效应并不完全由基因本身决定，而更依赖具体靶向位点；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。

为解析补偿位点表观修饰特点并为后续应用提供指导，研究团队整合多组学表观遗传特征、sgRNA序列、靶DNA序列、SNP与转录起始位点（TSS）的距离以及基因表达水平等信息，训练了深度学习预测模型。该模型的预测准确率达到80.2%，并在独立验证中提高了靶点设计成功率。特征重要性分析显示，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状态与补偿效应相关，提示补偿性表达主要受到局部表观遗传状态的影响。

研究团队进一步结合多组学分析和基因敲除实验，对补偿性表达的潜在机制进行了探究。结果支持这样一种机制：表观遗传编辑抑制致病等位基因后，原先结合于该等位基因的转录因子被释放，并重新分配至序列高度相似的正常等位基因，继而改变其局部表观遗传状态并促进转录，最终实现等位基因表达比例的重塑。

03 肥厚型心肌病模型验证与应用前景

为验证Epi-Allele的治疗潜力，研究团队在肥厚型心肌病小鼠模型以及患者诱导多能干细胞（iPSC）来源的心肌细胞模型中开展研究。肥厚型心肌病是常见的遗传性心肌病，也是青少年和运动员心源性猝死的重要原因之一。心肌细胞对关键结构蛋白的表达剂量高度敏感，若在降低突变蛋白的同时造成总蛋白表达不足，可能进一步损害心脏功能。研究显示，Epi-Allele可改善小鼠室壁和室间隔肥厚、心肌纤维排列紊乱及心脏纤维化，并使异常心电表现趋于正常；研究中未观察到因靶基因总表达不足引起的心功能损害。

与针对单一致病突变的基因修复策略相比，Epi-Allele靶向调控区中的常见非致病SNP，理论上可覆盖携带不同致病突变、但共享同一调控SNP的患者。以MYH7相关肥厚型心肌病为例，研究团队基于人群遗传数据估算，单个Epi-Allele方案可覆盖约50%的相关患者，对应全球约800万人群。这一覆盖范围仍有待更多人群数据和后续临床研究验证。目前，研究团队正在推进大动物研究，以进一步评估该策略的有效性、安全性和转化可行性。

综上，本研究提出并验证了Epi-Allele等位基因特异性表观遗传编辑策略，在选择性沉默靶向等位基因的同时，通过非靶向等位基因的补偿性表达维持基因总表达水平，为显性遗传病治疗提供了区别于突变修复或单纯沉默的新路径。其临床转化仍需通过大动物研究以及后续临床研究进一步评估递送、长期有效性与安全性。

图2 Epi-Allele研究内容摘要图

复旦大学附属中山医院王政民博士、韩丞治博士研究生，中国科学院脑智卓越中心黄奕鸣博士，复旦大学附属中山医院付裕园博士研究生，脑智卓越中心胡楷杰，以及复旦大学附属中山医院黄浙勇主任医师为论文共同第一作者。脑智卓越中心周昌阳研究员、复旦大学附属中山医院葛均波院士、脑智卓越中心孙怡迪研究员、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论文共同通讯作者。该研究获得了科技部、国家自然基金委、中国科学院等项目的支持。