基因组编辑已经在治疗严重遗传性疾病的临床试验中留下了足迹。随着该技术从医学干预扩展到有益的基因修饰，了解其潜在的并发症变得至关重要。到目前为止，安全性评估主要集中在基因编码区脱靶切割的诱变效应，留下了对大量非编码区的影响，这些影响在很大程度上是未知的。

非编码区占人类基因组的97%以上，包含无数的顺式调节元件(CREs ),这些元件通过CTCF依赖性或凝聚体依赖性长程染色质调节来维持细胞身份。相邻CREs之间的距离平均约为54 kb，中位数为5 kb，这表明非编码区的on和off-target切割通常发生在CRE的千碱基内。大量先前的研究已经探索了染色质如何影响基因编辑，而不是相反:基因组编辑如何影响染色质及其调控网络。

检查DNA损伤后染色质变化的早期研究报告了损伤部位的短暂分解，通常限制在2 kb的狭窄范围内，并以快速恢复为特征，表明长期后果有限。然而，这些研究主要依赖于广谱DNA损伤剂，如高频核酸酶，UV(紫外线)和IR(电离辐射)，并在模型中进行，具有有限的生理相关性。可能没有完全捕捉到CRISPR-Cas9在多种细胞类型中进行靶向DNA编辑的影响，这凸显了理解中的一个关键差距。

机理模式图（图源自Cell Stem Cell）

该研究发现，CRISPR-Cas9可以导致体内神经干细胞和体外小鼠胚胎干细胞的过早分化，即使切割发生在距离最近的调控元件几十千个碱基的远处。为了对此进行研究，采用了转座酶可及染色质(ATAC)/RNA测序(AR-seq)方法的综合分析，并确定了编辑诱导的染色质可及性变化，其程度因细胞类型而异。

干细胞受影响最大，受到超过一百千个碱基的干扰。此外，即使是局部的DNA扰动也能破坏CTCF和凝聚体相关的染色质结构，导致远端转录重连，最终导致干细胞身份的丧失。为了最小化染色质扰动和保持细胞同一性，改进了基因编辑策略，包括距离感知的sgRNA设计、DNA切除的药理学衰减和替代编辑系统。这项工作为基因组编辑技术更安全、更广泛的应用铺平了道路。

该研究由清华医学，IDG 麦戈文脑科学研究所、药学院李寅青博士，自动化系张学工博士，朱明博士（现华东师范大学研究员）为共同通讯作者；朱明博士、袁俊松博士、孟秋辰博士、博士生余嘉伟、徐晓庆为共同第一作者。研究得到中国科学院遗传与发育研究所郭伟翔研究员，清华大学丁胜博士、马天骅博士、蓝勋博士、颉伟博士，以及斯坦福大学丛乐博士的大力支持。

参考消息：https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(26)00038-X#au25