基因编辑中常见的Cas9、Cas12蛋白尺寸通常超过1000个氨基酸，限制了它们在体内基因治疗等方面的应用。最近研究表明Cas12系统表现广泛的多样性，除了常见的Cas12a外，还有一种称为Cas12f亚型。与Cas12a和Cas12b相比，Cas12f1的尺寸非常小，只有400~500个氨基酸，在最近的研究中被证明具有核酸酶活性。然而，Cas12f1在体内的活性和治疗潜力尚待研究。

最近，临港实验室/上海脑中心胥春龙团队与辉大基因杨辉、周英思团队在Cell Discovery上发表研究论文In vivo treatment of tyrosinaemia with hypercompact Cas12f1，证明了Un1Cas12f1能够在小鼠胚胎和肝脏中进行有效的体内编辑，通过腺相关病毒（AAV）向肝脏递送Cas12f1编辑Hpd基因，实现了小鼠模型中酪氨酸血症的治疗，显示出小尺寸Cas12f1在基因编辑治疗方面的巨大潜力。

最近在人HEK293T细胞系中的研究证明三种不同的Cas12f1同源物AsCas12f1、SpCas12f1和Un1Cas12f1都具有核酸酶活性。为了探究它们在小鼠细胞和组织中的活性，研究者针对小鼠基因的数个位点设计gRNA，发现Un1Cas12f1具有最佳的编辑效率，并且在小鼠胚胎中也表现出良好的编辑效果。于是研究者接着测试了单AAV递送Un1Cas12f1在成年小鼠中治疗疾病的可行性。为此，研究者使用I型酪氨酸血症（HTI）的小鼠模型，这是一种由Fah基因功能缺失突变引起的致命代谢性疾病模型。过去研究表明该疾病可以通过编辑Hpd基因进行治疗，于是研究者设计靶向Hpd基因的AAV-Cas12f1载体对疾病小鼠进行治疗，结果显示，未经治疗的小鼠在65天内全部因为肝损伤死亡，而AAV-Cas12f1治疗可以挽救模型小鼠的死亡，并且治疗组小鼠在整个观察期内表现出体重的稳定增长，而未处理小鼠的体重则不断减轻直至死亡。此外，与未治疗小鼠肝脏相比，在治疗小鼠的肝脏中发现了高水平Hpd基因编辑效率。肝切片免疫染色也显示Hpd表达水平显著降低，同时H&E染色与肝脏相关代谢生物标志物检测结果表明，模型小鼠在接受AAV-Cas12f1治疗后，功能失调的酪氨酸代谢得到了显著改善。

为了证明Cas12f1在疾病干预中的广泛应用前景，研究者选择了其他基因靶点进行测试，例如对治疗遗传性血管性水肿（HAE）有效的Klkb1基因靶点，小鼠实验结果证明AAV-Cas12f1对Klkb1基因也显示出较好的成体编辑效率。最后，研究者使用PEM-seq对Cas12f1基因编辑细胞进行了全基因组脱靶分析, 未检测到Cas12f1介导的脱靶编辑事件。综上所述，本研究首次展示了小尺寸的Cas12f1在遗传疾病基因编辑治疗中的应用潜力，为将来改造和优化Cas12f1蛋白来干预更多疾病奠定了基础。

临港实验室/上海脑中心胥春龙研究员和中科院杨辉研究员、辉大基因创新研究院周英思博士为该论文共同通讯作者。中科院脑智卓越中心郭若晨博士、临港实验室李智方博士、辉大基因李国玲和张海南博士、张畅博士为论文共同第一作者。上海脑中心霍小娜、杨荣荣、张晓音、中科院脑智卓越中心刘元花博士、刘欣雨、杨霞丽以及临港实验室/上科大博士生孙潇智共同参与了此研究。