CRISPR/Cas是原核生物在进化过程中获得的一种免疫防御系统,用于抵抗外来遗传物质的入侵,近年来被开发成为高效的基因编辑、基因调控以及分子诊断工具.其可编程靶向机制揭开了利用该系统进行基因组操作的序幕,并允许在活性范围内实现动态调节和控制基因表达.作为现有基因修饰手段中灵活性最强和成本最低的技术之一,已被广泛应用于临床疾病治疗、工农业生产、可持续染料开发和化学品加工等领域.随着对CRISPR/Cas系统的不断深入挖掘和探索,大量研究报道了 gRNA工程改造及优化方法,包括改变间隔序列长度、调节恒定区和可变区的结构、向末端或中间延伸添加额外功能序列及化学合成修饰等,以期降低脱靶突变率,提高作用效率,充分激发CRISPR基因操纵工具在生物医学方面的潜力.基于此,本综述将介绍CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12系统中gRNA工程化设计方法及应用研究的最新进展,分析探讨了当前工程化gRNA技术面临的机遇和挑战,旨在为获得性能更加优异的gRNA提供思路和方向,从而提高利用CRISPR/Cas系统探测人类细胞基因组的能力,进一步为可编程生物学带来更多可能性.

目的:探讨克尔斯滕大鼠肉瘤病毒致癌基因同源物(KRAS)突变亚型对非小细胞肺癌细胞程序性细胞死亡配体1(PD-L1)和2(PD-L2)的表达影响。方法:纳入2018年1月至2021年1月甘肃省肿瘤医院收治的KRAS阳性非小细胞肺癌患者95例，通过测序检测KRAS基因组序列，通过实时荧光定量聚合酶链反应(PCR)和免疫印迹检测PD-L1和PD-L2的表达。使用成簇的规则间隔的短回文重复基因编辑(CRISPR/CAS9)技术构建KRAS缺失型A549细胞，在敲除株中过表达KRAS野生型和突变型，检测其对PD-L1和PD-L2的表达影响。将KRAS野生型和突变型过表达的KRAS敲除人肺泡上皮细胞549(A549)细胞株与树突状细胞和细胞因子诱导的杀伤细胞(DC-CIK)，通过流式细胞术检测群集行列式蛋白3阳性(CD3 +)细胞的凋亡水平。使用 t检验比较连续变量。使用Mann-Whitney检验分析KRAS突变型患者PD-L1和PD-L2。Chi-square检验分析非小细胞肺癌患者KRAS突变型和KRAS野生型的临床特征。 结果:纳入KRAS阳性非小细胞肺癌患者95例，KRAS野生型31例、KRAS突变型64例；其中KRAS第12位甘氨酸突变为天冬氨酸(G12D)13例、突变为缬氨酸(G12V)12例、突变为半胱氨酸(G12C)25例、突变为丙氨酸(G12A)14例。KRAS突变型患者PD-L1和PD-L2的mRNA表达水平(1.062比1.834， U＝38；1.062比1.668， U＝70；1.062比1.544， U＝111；1.062比1.479， U＝89， P<0.05；1.067比1.798， U＝68；1.067比1.595， U＝86；1.067比1.527， U＝171；1.067比1.680， U＝34， P<0.05)和蛋白表达水平均高于KRAS野生型患者，差异有统计学意义。在KRAS敲除A549细胞株中，相较于KRAS野生型，KRAS突变型更能够促进PD-1配体PD-L1和PD-L2的表达同时，将KRAS-G12D，KRAS-G12V，KRAS-G12C，KRAS-G12A质粒混合在一起作为RAS野生型(KRAS-MT)与KRAS突变型(KRAS-WT)分别转染KRAS敲除A549细胞株，KRAS-MT依旧可以促进PD-1配体PD-L1和PD-L2的表达。在KRAS敲除A549细胞株中过表达KRAS-MT与KRAS-WT后，KRAS突变亚型不能激活细胞外信号调节激酶(ERK)通路，但是可以激活丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(AKT)通路。AKT抑制剂处理后，KRAS-MT与KRAS-WT转染KRAS敲除A549细胞株的PD-L1和PD-L2的表达差异无统计学意义。将转染了KRAS-MT或KRAS-WT的KRAS KO A549细胞株与DC-CIK以1∶1的比例共培养，随后检测DC-CIK细胞的凋亡水平，发现KRAS-MT能够显著增加DC-CIK细胞中CD3 +细胞亚群的凋亡( F＝12.5， P<0.05)，差异有统计学意义。 结论:KRAS突变亚型能够显著增强非小细胞肺癌细胞PD-1配体PD-L1和PD-L2的表达，并且能够促进免疫细胞DC-CIK细胞中CD3 +细胞亚群的凋亡。

一些肾结石病是由单基因病所致，其中与嘌呤代谢相关的单基因病主要包括腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(APRT)缺乏症、次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖基转移酶(HPRT)缺乏症、遗传性黄嘌呤尿症(HX)以及由PRS1、SLC22A12、SLC2A9和ABCG2等基因突变所致病症。这类疾病可导致嘌呤和尿酸代谢异常，进而形成2，8-二羟基腺嘌呤结石、尿酸结石或黄嘌呤结石等。此类疾病临床罕见，不同类型的与嘌呤代谢相关的单基因肾结石病的基因型和表型有其各自特点，且不被广泛认知。目前药物治疗是此类疾病的主要治疗方法。随着基因诊断和治疗技术的进步，不断有新的致病基因和位点被发现，同时随着CRISPR/Cas9等基因编辑技术的逐步应用，与嘌呤代谢相关的单基因肾结石病在未来有望从根本上得到治愈。

目的:探究 Klhl24基因起始密码子突变小鼠毛囊异常的生理表型，为阐明 Klhl24调控毛囊发育的机制提供基础。 方法:将通过CRISPER/Cas9技术构建的 Klhl24基因起始密码子突变 Klhl24 c.3G>T杂合（ Klhl24 c.3G/T）雄性小鼠与野生型雌性小鼠杂交，对同窝小鼠进行基因型鉴定， Klhl24 c.3G/T 雄性小鼠和野生型（WT）雄性小鼠分别作为实验组与对照组，每组小鼠≥ 3只。在小鼠出生后第21天（第1个毛发静止期）及45天（第2个毛发静止期）进行胶带贴毛实验，对小鼠背部皮肤组织进行Ki67免疫组化检测，并用扫描电镜、透射电镜观察，用脱氧核糖核苷酸介导的dUTP末端标记（TUNEL）试剂盒检测毛囊内凋亡细胞。实验组与对照组检测结果比较采用Dunnett- t检验。 结果:第1个静止期与第2个静止期 Klhl24 c.3G/T小鼠每0.25 cm 2胶带脱落毛干数量分别为1 224 ± 51.08与1 514 ± 72.15，WT小鼠分别为320 ± 55.68和125 ± 2.86，第1、2个静止期 Klhl24 c.3G/T小鼠脱落毛干数量均明显多于WT小鼠（ t = 11.96、19.24，均 P < 0.001）。对第1个静止期脱落毛干进行扫描电镜观测，显示脱落毛干底部呈杵状。出生后第59天时，WT小鼠背部无新毛干长出，毛囊处于静止期，而 Klhl24 c.3G/T小鼠背部已有新毛干长出，毛囊进入下一个生长期。透射电镜观察显示，在第1个毛囊静止期（P21） Klhl24 c.3G/T 小鼠背部皮肤毛囊细胞中线粒体内嵴结构混乱，单个毛囊结构中凋亡细胞数量为12 ± 1.15，高于WT小鼠（3 ± 0.63， n = 8， t = 6.874， P < 0.001）。 结论:Klhl24 c.3G/T小鼠毛发异常表型主要为毛囊静止期锚定毛干能力降低，毛囊生长期提前，毛囊细胞中线粒体结构异常，并且凋亡细胞数量增加。

目的:探讨胰高糖素样肽-1（GLP-1）对非酒精性脂肪肝病（NAFLD）状态下生长分化因子15（GDF15）表达的影响。方法:共对25例NAFLD合并2型糖尿病患者26周不同药物治疗后（利拉鲁肽组9例、西格列汀组8例、甘精胰岛素组8例）进行分析。收集治疗前后体重、体重指数（BMI）及血清GDF15水平，通过磁共振成像-质子密度脂肪含量测量肝内脂肪含量（IHL）。8周龄雄性C57BL/6小鼠进行12周高脂饮食喂养，采用随机数字表法分为高脂饮食（HFD）组（6只）、艾塞那肽组（GLP-1组）（6只），另设正常饮食对照组（6只），干预8周后收取肝脏组织。HepG2细胞用300 μmol/L棕榈酸钠（PA）处理，并予Exendin-4（浓度分别为0、1、20、100 nmol/L）干预，另设脱脂牛血清白蛋白对照组。使用lentiCRISPRv2-sgRNA载体构建稳定敲除GDF15的HepG2细胞，空载体转染的HepG2细胞作为阴性对照。转染的细胞用300 μmol/L PA处理，并予100 nmol/L Exendin-4干预。测定血清及细胞上清中GDF15蛋白水平及肝脏组织和HepG2细胞的GDF15 mRNA水平与甘油三酯（TG）含量。采用单因素方差分析、协方差分析、Pearson相关分析等进行统计学分析。结果:在NAFLD合并糖尿病人群中，西格列汀组和甘精胰岛素组血清GDF15水平在治疗前后无明显变化。而利拉鲁肽组在26周后血清GDF15水平为（920.3±265.4）pg/ml，比治疗前的（742.2±279.0）pg/ml明显升高，差异有统计学意义（ P=0.015）；体重、BMI、IHL明显下降（ P均<0.05）。利拉鲁肽组血清GDF15改变量与IHL改变量呈负相关（ r=-0.676， P=0.045）。GLP-1显著改善高脂饮食喂养小鼠的肝脏脂质沉积及炎症状态。与HFD组相比，GLP-1组小鼠肝脏组织GDF15 mRNA明显升高。GLP-1能改善PA诱导的HepG2细胞脂质沉积，并以剂量依赖的方式上调GDF15的表达与分泌。与阴性对照组相比，敲除GDF15显著削弱了GLP-1改善细胞TG蓄积及炎症状态。 结论:GLP-1可促进肝脏GDF15的表达与分泌，并改善NAFLD肝脏脂质沉积及炎症状态。

目的:利用CRISPR/Cas9技术构建Crx-iCreERT2红色荧光报告人胚胎干细胞(ESCs)系及其3D视网膜类器官培养。方法:对H9细胞系靶位点序列进行PCR扩增并测序验证后，利用CRISPR/Cas9技术设计多条sgRNA并对其进行活性检测，根据活性、特异性等因素选择最合适的sgRNA。经酶切鉴定和测序确认打靶载体构建完成后，将打靶载体电转H9细胞系，在 hES-ZLM-001基因Exon4和3’-非翻译区之间终止密码子前插入P2A-tdTomato-P2A-iCreERT2，进行药物筛选、阳性克隆富集。设计引物对目标区域进行PCR扩增并测序，根据测序结果和测序峰图选出纯合去抗性敲进阳性细胞克隆。培养所得1-A07细胞系，通过流式细胞分析法检测OCT4阳性细胞比例，采用细胞爬片免疫荧光染色法观察干细胞标志物SOX2、NANOG和SSEA4表达情况。采用核型分析方法检测细胞核型。应用3D培养技术获得视网膜类器官，于分化后不同时间点行冰冻切片，免疫荧光染色法检测不同种类细胞分子标志物的表达分布情况。 结果:H9细胞系靶位点序列与Genebank和Ensembl所提供序列一致。根据H9细胞系靶位点序列共设计16条sgRNA，最终选择sgRNA8和sgRNA12作为sgRNA。电转后通过PCR筛选得到4个去抗性敲进阳性克隆，其中1-A07细胞系经流式细胞仪分析OCT4阳性细胞比例约为98.7%，所得细胞系外源性tdTomato-P2A-iCreERT2片段重组位置正确，正常表达干细胞标志物，核型分析结果正常。应用3D培养技术可定向诱导1-A07细胞系分化为表达tdTomato红色荧光的视网膜类器官。分化后30 d，出现BRN3A阳性神经节细胞、CALBINDIN阳性水平细胞、CHAT阳性无长突细胞，分化后45 d，出现RECOVERIN阳性光感受器细胞，分化后90 d出现PKCα阳性双极细胞。神经节细胞分布于视网膜类器官深层，水平细胞、无长突细胞、双极细胞分布于中深层，光感受器细胞主要分布于顶层。结论:成功构建Crx-iCreERT2红色荧光报告人ESCs系，该细胞系可经3D培养诱导分化为表达tdTomato红色荧光的视网膜类器官。得到的视网膜类器官同人类正常视网膜的神经细胞组成一致，且发育的时间和空间顺序接近于正常的人类视网膜。该细胞系是一种强大的工具，可帮助实现人类视网膜发育和疾病产生的相关研究，并促进致盲疾病治疗方法的开发。

自CRISPR/Cas9问世以来，基因编辑技术愈发受到关注，尤其是核酸酶仅由单一蛋白组成的Ⅱ类系统，其功能蛋白包括Ⅱ型Cas9、Ⅴ型Cas12和Ⅵ型Cas13等，可以精准编辑基因组DNA或RNA。失活型CRISPR/Cas9突变体还能够将转录因子、表观遗传因子或碱基修饰酶等效应元件特异性地募集至目标基因位点发挥功能。此外，光遗传学技术能够从时间和空间水平精确地控制生物反应。结合CRISPR和光遗传学技术可实现细胞和动物体内的动态化时空特异性基因编辑，在生物学和医学领域发挥巨大的应用潜力。本文综述了光控CRISPR系统的研究进展，介绍其设计方法和应用策略，讨论其局限性，为这一新兴领域的发展提供参考。

目的:观察长链非编码RNA Crnde通过调节Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路对小鼠成骨细胞增殖的影响。方法:培养MC3T3-E1成骨细胞，随后诱导分化3周，实时定量反转录聚合酶链反应(RT-qPCR)检测Crnde表达，应用CRISPR-Cas9方法构建Crnde基因敲除小鼠模型，同时以野生型小鼠作为对照，分为Crnde基因敲除小鼠组( n＝25)和野生型小鼠组( n＝25)，小鼠处死前12 h腹腔注射BrdU进行染色观察成骨细胞增殖，检测血清1型前胶原N末端(P1NP)和Ⅰ型胶原羧基端交联肽(CTX-Ⅰ)表达，蛋白质印迹法(Western blot)检测骨组织Wnt和β-catenin蛋白表达，原位缺口末端标记法(TUNEL)染色检测细胞凋亡情况，分别运用Osteomeasure系统和MicroCT分析进行骨组织形态计量分析，双荧光素酶报告基因验证Crnde与Wnt蛋白的靶向调节关系。组间比较采用 t检验。 结果:成骨细胞分化过程Crnde表达情况为在诱导的3周时间内，随着时间延长，Crnde表达明显增加，在第3周表达最高( P>0.05)；Wnt和β-catenin在Crnde -/-小鼠和正常小鼠中表达情况中，蛋白质印迹法(Western blot)结果显示，Crnde -/-组中Wnt和β-catenin蛋白表达低于WT小鼠组( P<0.05)；BrdU免疫荧光染色结果显示，正常对照组小鼠胫骨存在大量BrdU阳性细胞，而Crnde -/-小鼠细胞显著减少；TUNEL染色显示正常对照组小鼠与Crnde -/-小鼠小鼠凋亡成骨细胞数量差异无统计学意义( P>0.05)；μCT和Osteomeasure系统结果显示，椎骨的组织形态分析BV/TV，WT组[(19.43±1.53)%]，Crnde -/-组[(20.14±1.56)%]，Crnde -/-鼠的小梁和皮质骨均显示出低骨量表型，Crnde -/-小鼠的骨形成参数均与野生型小鼠差异有统计学意义( P<0.05)；Crnde -/-小鼠血清P1NP和CTX-I分别为(15.62±1.23) μg/L和(12.36±1.12) μg/L，WT小鼠血清P1NP和CTX-I分别为(22.81±1.56) μg/L和16.21±1.21) μg/L，Crnde -/-小鼠组均比WT小鼠组明显下降( P<0.05)；双荧光素酶报告基因检测结果显示Crnde模拟物显著降低了野生型组荧光素酶活性( P<0.05)，而对突变组荧光素酶活性基本无影响( P>0.05)。 结论:Crnde通过Wnt/β-catenin信号传导调节骨形成。

目的:研究髓系Notch1特异性敲除抑制干扰素刺激基因（STING）信号调控肝细胞脂噬作用机制。方法:通过高脂饮食（HFD）构建小鼠非酒精性脂肪性肝炎（NASH）模型，分离小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMMs）和原代肝细胞以构建共培养体系。12只Notch1 FL/FL小鼠随机分成2组：Notch1 FL/FL +正常饮食（NCD）组、Notch1 FL/FL + HFD组；12只Notch1 M-KO小鼠随机分成2组：Notch1 M-KO + NCD组、Notch1 M-KO + HFD组。分别留取小鼠血清标本进行血清丙氨酸转氨酶（ALT）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）检查，取肝组织样本进行HE染色、免疫荧光（IF）、免疫印迹、qRT-PCR检测，酶联免疫吸附法（ELISA）检测上清液肿瘤坏死因子（TNF）α水平。组间数据比较采用 t检验。 结果:成功构建小鼠NASH模型，及小鼠BMMs和原代肝细胞共培养体系。与Notch1 FL/FL + HFD组相比，Notch1 M-KO + HFD组血清ALT [（250.02±58.21）U/L与（370.70±54.57）U/L, t = 3.705， P = 0.004]、TG [（29.90±3.54）mg/g与（43.83±8.56）mg/g, t = 3.685， P = 0.004]和TC [（33.70±8.43）mg/g与（90.53±12.53）mg/g， t = 9.917， P < 0.001]，明显升高；肝组织HE染色显示肝细胞气球样变明显，IF染色显示巨噬细胞浸润增加（ t = 7.346， P < 0.001）。与Notch1 FL/FL BMMs共培养的肝细胞组相比，BODIPY探针显示，Notch1 M-KO组中肝细胞内脂滴（LDs）沉积明显增多（ t = 3.835， P < 0.001）；溶酶体相关膜蛋白1（LAMP1）和LDs共定位减少（ t = 7.103， P < 0.001），微管相关蛋白轻链3（LC3）-II/LC3-I:（ t = 5.0， P = 0.007)、自噬相关基因12（Atg12）（ t = 28.36， P < 0.001）表达下降，p-62表达上升（ t = 3.253， P = 0.03）；且LC3和LDs共定位减少（ t = 5.24， P = 0.000 3）。与Notch1 FL/FL组相比，Notch1 M-KO组小鼠BMMs中p-STING（ t = 5.318， P = 0.006）、p-TANK1结合激酶1（TKB1）（ t = 6.467， P = 0.002）、p-干扰素调节因子3（IRF3）（ t = 14.61， P < 0.001）、p-P65（ t = 12.7， P = 0.002）蛋白表达上升，同时伴有干扰素（IFN）-β（ t = 7.978， P < 0.001）、TNFα（ t = 8.496， P < 0.001）、白细胞介素1β（IL-1β）（ t = 4.7， P < 0.001）、趋化因子配体-10（ t = 4.428， P = 0.001）炎性介质的mRNA表达明显上升。使用CRISPR/Cas9敲除Notch1 M-KO小鼠BMMs中STING基因，与CRISPR-Control组相比，STING-KO组BMMs中p-TKB1（ t = 2.909， P = 0.044）、p-IRF3（ t = 10.96， P < 0.001）、p-P65（ t = 7.091， P = 0.002）蛋白表达下降，上清液中TNFα[（732.3±129.35）pg/ml与（398.17±47.15）pg/ml， t = 4.204， P = 0.014]释放减少。而与STING-KO BMMs共培养的肝细胞中LC3-II/LC3-I（ t = 7.546， P = 0.001）上升，p-62（ t = 10.96， P < 0.001）表达下降，且LC3和LDs共定位增多。 结论:髓系Notch1特异性敲除通过激活巨噬细胞STING信号，增加炎性介质基因表达，抑制肝细胞自噬流及脂噬的发生，加重LDs沉积和促进NASH的进展。

目的:评价大鼠神经病理性痛时背根神经节(DRG)常染色质组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶2(G9a)与钠依赖激活的钾离子通道(Slack通道)的关系。方法:清洁级健康雄性SD大鼠48只，1月龄，体重100~120 g，采用随机数字表法分为4组( n＝12)：假手术组(S组)、载体+假手术组(VS组)、载体+神经病理性痛组(VN组)和G9a敲减+神经病理性痛组(GN组)。S组2月龄时行假手术；VS组1月龄时于L 4和L 5DRG分别显微注射AAV5 1 μl，饲养至2月龄时行假手术；VN组和GN组1月龄时于L 4和L 5 DRG分别显微注射AAV5或AAV5-G9a CRISPR/Cas9 KO质粒1 μl，2月龄时采用脊神经节结扎法制备神经病理性痛模型。每组取6只大鼠，于DRG显微注射前(T 0)、造模前(T 1)、造模后3、5和7 d(T 2~4)时，测定机械缩足反应阈(MWT)和热缩足潜伏期(TWL)。于最后1次行为学测试结束后，处死大鼠，取L 4，5节段DRG，采用Western blot法测定G9a、组蛋白H3的赖氨酸残基9二甲基化(H3K9me2)和Slack的表达。于造模后7 d时，每组取6只大鼠，培养原代DRG神经元，全细胞膜片钳技术在电压钳模式下记录DRG神经元中的Slack电流和脊髓背角浅层兴奋性突触后膜电流(mEPSCs)的振幅和频率。 结果:与S组比较，VN组T 2~4时TWL缩短，MWT降低，脊髓背角G9a和H3K9me2表达上调，Slack表达下调，DRG神经元Slack通道电流振幅和频率降低，mEPSC频率升高( P<0.05)，VS组上述指标差异无统计学意义( P>0.05)；与VN组比较，GN组T 2~4时TWL延长，MWT升高，脊髓背角G9a和H3K9me2表达下调，Slack表达上调，DRG神经元Slack电流的振幅和频率升高，mEPSC频率降低( P<0.05)。 结论:大鼠神经病理性痛的机制与上调DRG G9a的表达，从而抑制Slack通道表达和开放有关。