遺傳因素導致了大多數類型的人類疾病，包括遺傳性疾病、傳染性疾病和惡性疾病。因此，生物醫學科學的一個長期目標是開發一種手段來修改患者體內的基因組，以校正致病突變，使入侵病原體的基因組失效，使免疫細胞攻擊腫瘤，并使無數其他治療機會得以實現。在某些情況下，基因添加可以具有治療價值，而且基因療法正在經歷越來越多的成功。然而，在許多其他情況下，必須對患者的基因組進行編輯才能達到治療效果。基因組編輯廣泛地包括不同的技術，可以在不同的環境下做出許多不同的基因組改變，這個話題已經成為近期的全面綜述的主題。基因組編輯中的幾個概念（圖1）是SCGE聯盟（Somatic Cell Gene Editing Consortium, 體細胞基因編輯聯盟）的目標和戰略的核心。

在過去的幾十年里，技術的穩步發展使得用戶可編程的基因組編輯已被引入，測試，改進和實施。這些技術包括同源重組、鋅指核酸酶（ZFN）、歸巢核酸內切酶（meganuclease）和轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALEN）。最近，源自細菌免疫途徑的工程化分子復合物稱為CRISPR-Cas系統，已經*改變了基因組編輯，部分原因是它們的靶序列可以簡單地用易于設計的向導RNA進行編程。盡管有了這些有希望的進展，但在治療性基因組編輯的轉化潛力可以充分實現之前，挑戰仍然存在。

在一篇新的觀點（Perspective）類型文章中，作者概述了SCGE聯盟的目標和戰略，該聯盟是由美國國家衛生研究院（NIH）成立的，旨在加快制定應對這些挑戰的解決方案。NIH在6年內撥款約1.9億美元支持SCGE聯盟，該聯盟如今包括來自38家研究機構的72名主要研究人員，他們正在開展45個不同但又相互結合的項目。

在過去十年之前，最著名的基因組編輯平臺（ZFN、歸巢核酸內切酶、TALEN和CRISPR-Cas9/Cas12a系統）幾乎*依賴于這樣一種認識，即對核酸酶誘導的基因組斷裂的修復可以被用來誘導基因組編輯（圖1a）---無論是基因敲除（通過非同源末端連接（NHEJ）或微同源介導的末端連接（MMEJ）產生的插入或缺失），還是通過同源介導的修復（HDR）進行精確校正。一些編輯事件涉及到載體衍生的“貨物”序列插入到基因組：對能夠完成這一任務的重組酶和轉置酶的自然例子已經研究了幾十年，一些載體（例如，慢病毒載體）正在應用于基因治療和基因組編輯。此外，一些平臺可以通過與其他效應蛋白結合在一起，以部分或*無核酸酶活性的形式實現。這些策略包括堿基編輯（base editing，即融合的脫氨酶酶重寫單個核苷酸，而不誘導雙鏈斷裂）和引導編輯（prime editing，即融合的逆轉錄酶通過擴展的向導RNA模板引入編輯）。無核酸酶活性的形式也可以與改變染色質而不改變DNA序列的酶融合到一起（圖1a）。當然，沒有一種平臺適合所有的情況，而且成功實現編輯的關鍵因素包括效率（預期位點有多少被編輯）、精度（所需的編輯與不所需的編輯的相對頻率）和準確性（多少脫靶位點被無意編輯，以及在多大程度上被無意編輯）。

圖1.用于在體內編輯細胞基因組的工具。

針對體細胞的基因組編輯既可以在體外進行，然后將編輯后的細胞重新導入患者體內，也可以在體內進行，這時需將編輯復合物送到體內組織。對體細胞組織和生殖系組織進行編輯的一個重要的區別：后者有可能將基因變化傳遞給后代。SCGE聯盟嚴格專注于體細胞編輯；生殖系編輯不僅被排除在目標之外，而且被認為是一種不可接受的結果，應謹慎防止。

基因組編輯技術已經在各種疾病的動物模型中顯示出功效，包括癌癥、血液和代謝紊亂、遺傳性失明和耳聾、神經肌肉疾病和神經系統疾病。這些成功證明了向大型動物模型發展的合理性。早期階段的臨床試驗表明，自體編輯細胞可以穩定地在人體中定植和持續存在，而且早期報告表明體外編輯的異體T細胞可抵抗癌癥，以及使用自體造血干細胞消除鐮狀細胞疾病患者對輸血的需求。

然而，體外編輯在邏輯上是復雜的，昂貴的，難以規模化，因為它需要大量的細胞制造基礎設施。因此，在體內對體細胞編輯的方法正在開發中，初步目標包括難以在體外制造的細胞類型（例如，在視網膜（NCT03872479）和肝臟（NCT03041324和NCT04601051））。這些研究強調了基因組編輯在改善人類健康方面的巨大潛力。然而，它們也突顯了需要解決這些技術的關鍵限制。具體來說，體內編輯在療效和安全性方面仍然面臨著巨大的障礙，特別是在眼睛和肝臟以外的器官系統。

為了在體內獲得成功，編輯器必須能夠誘導細胞中任何目標核酸（包括細胞核DNA和線粒體DNA）發生一系列編輯。編輯器必須高效，但也必須安全，具有可接受的毒性水平，并盡量減少對先天性免疫反應的激活。對編輯器或遞送載體的適應性免疫也必須進行管理，特別是在需要重新給送以編輯所需比例的目標細胞群體的情況下。同樣，預存免疫（pre-existing immunity）在某些情況下可能需要加以抑制或規避。一個特別艱巨的挑戰是開發的遞送技術，以安全和有效的方式遞送編輯復合物到眾多的組織中。這些作者試圖更好地控制他們打算在每個靶位點上產生的精確的基因組變化，減少靶位點和脫靶位點發生非預期修改的可能性，并更好地理解非預期編輯事件的生物學后果。

基因編輯療法開發的最大障礙是建立安全有效的遞送策略。基因組編輯領域已開發出許多病毒和非病毒遞送方法。事實上，最近監管部門批準使用腺相關病毒(AAV)和慢病毒載體的基因療法，以及基于短干擾RNA(siRNA)和反義RNA的藥物，提供了可用于基因組編輯的經驗。然而，許多為基因療法開發的載體，通常專注于長期表達以補償遺傳缺陷，但對于基因編輯來說，并不一定是最佳的，因為基因編輯通常需要短暫遞送編輯器。常用編輯器也帶來了其他挑戰，包括它們的大尺寸（SpyCas9和TALEN），它們的重復序列和需要遞送異源二聚體（ZFN和TALEN）的兩個組件，以及需要遞送核糖核蛋白復合物（RNP，比如在CRISPR中）。最后，在不適當的組織中的在靶活性或脫靶活性的風險強調了確保靶向正確組織的必要性。總體而言，這些挑戰為創新提供了相當大的機會。

在2017年通過一系列利益相關者研討會回顧了該領域的現狀后，NIH共同基金指出了跨越多種臨床適應癥、基因和靶組織的需求。大家的共識是，該領域需要新的基因組編輯器、遞送系統和生物系統來衡量各種基因組編輯策略的安全性和有效性。NIH共同基金隨后在2018年啟動了SCGE聯盟，組建了一批多學科團隊，致力于解決這些需求的各個項目。

SCGE聯盟的總體目標是加速基因組編輯技術向各種組織和疾病的轉化。該領域的主要挑戰之一是使用共同的指標和標準對各種技術進行比較。例如，一種視網膜遞送系統可能會在感興趣的基因處產生在靶插入或缺失（on-target indel），但不清楚這種相同的遞送系統是否可以校正肺部中的不同基因。SCGE項目中交織著能夠混合和匹配各種技術和讀數的發展路徑。在一個例子中，SCGE項目前三年開發的所有新的遞送技術將首先在小動物（例如，小鼠）中進行測試，然后---如果成功的話---在豬和非人類靈長類動物中進行測試。由此產生的第三方數據將與更大的研究界和公眾共享。SCGE聯盟的一個關鍵價值是透明性，這使得其他人能夠獲得其研究產出，并利用其結果和產品為他們自己的疾病重點項目提供信息和加快研發進度。除了數據，這些作者旨在提供一系列工具、試劑、方法和最佳實踐，這些工具、試劑、方法和最佳實踐將被整合到SCGE治療性基因組編輯工具包（簡稱SCGE工具包，圖1b）中。通過這些活動和可交付成果，SCGE聯盟力求減少開發新療法所需的時間和成本，以便產生持久的影響。

由于對人類基因組的深入了解和生物工程能力的迅速發展，基因組編輯技術的臨床轉化出現了新的機會。SCGE聯盟旨在開發新技術和改造現有工具，以立即利用這些機會，確定和減輕安全風險，并將治療性基因組編輯擴展到*挑戰性的體細胞組織環境中。以前的大型項目不僅通過產生新知識，而且通過開發一個共同的框架，確保可重復性，應用共同的標準，并建立不同技術的互操作性，推進了基因組學的前沿。在這些努力的啟發下，SCGE方案旨在推動基因組編輯領域向更廣泛的人類治療應用發展。