杨贝, PhD助理教授 研究员 博士生导师

近5年代表性科研成果：

1、结构与机制指导的基因编辑工具设计优化：通过整合TALE的定位功能和双链DNA胞嘧啶脱氨酶DddA的碱基编辑功能构建而成的线粒体碱基编辑器DdCBEs为线粒体相关遗传性疾病提供了新的治愈可能。然而，DdCBE的脱靶编辑和旁观者编辑限制了它们在临床治疗中的实际应用。为解决上述问题，我们解析了DdCBE分别靶向两个内源性线粒体基因位点的高分辨率冷冻电镜结构，并根据其所揭示的分子机制开发了可用于指导TALE识别区与spacer长度设计的编辑窗口预测模型（WinPred）和高精度型DdCBE（aDdCBE），成功实现了单碱基精度的线粒体DNA编辑和对线粒体疾病的精准模拟，研究成果为未来线粒体疾病的造模和基因治疗提供了有力工具（发表于Molecular Cell, 2025）（图1）。

图1、结构与机制指导的高精准线粒体碱基编辑器开发

2、 基因治疗方法开发：在设计和优化基因编辑工具的基础上，我们进一步探索了导向编辑技术在预防高风险传染性疾病方向的应用（Medcomm, 2023），并对新型碱基编辑技术在治疗遗传性罕见病方向的应用开展了临床前概念验证研究：针对地中海贫血症，我们利用变形式碱基编辑系统tBE对γ-珠蛋白的启动子区域进行精准碱基编辑，重新激活了γ-珠蛋白的表达来替代存在基因缺陷的β-珠蛋白，在模式小鼠体内重建了血红蛋白的携氧功能（发表于Cell Stem Cell, 2023）；针对纯合型家族性高胆固醇血症（HoFH），我们利用优化的肝脏靶向脂质纳米颗粒在体递送碱基编辑系统，实现了对小鼠肝细胞ASGR1基因的高效、精准编辑，获得了高效、持久且安全的降脂效果，为该疾病提供了“单次注射、终身获益”基因治疗新策略（发表于Molecular Therapy, 2026）（图2）。

图2、家族性高胆固醇血症基因治疗方法开发

3、结构指导的新型疫苗研发：位于HIV-1病毒表面的Env蛋白三聚体是艾滋病疫苗研发的焦点。当前，针对艾滋病疫苗研发困境的破局途径之一是在少数广谱中和抗体的表位指引下开展结构指导的“免疫聚焦型疫苗设计”，其核心思想是通过结构指导的反向蛋白质工程设计，在屏蔽Env蛋白上无效或非广谱表位的同时将广谱中和抗体的抗原表位特异性地呈递给宿主的免疫系统，从而使宿主的免疫应答聚焦在这些保守的“免疫脆弱点”区域，进而引发广谱、高效的体液免疫反应来预防感染。在该研究中，我们报道了我国HIV-1病毒的主流亚型（流行重组亚型CRF01_AE和CRF07_BC）的Env蛋白结构与免疫识别特征，揭示了CRF01_AE亚型的Env蛋白在V1区域的独有特征（图3A-B）及其与该亚型的广谱中和抗体逃逸能力之间的关系（图3C-D），并阐明了第一株分离自CRF01_AE感染个体的广谱中和抗体的新型中和机制（图3E）。该研究刷新了我们对于HIV-1流行重组亚型的认识，为后续针对我国主流HIV-1亚型开展免疫聚焦型疫苗设计提供了关键信息 （发表于Nature Communications, 2023）。 此外，我们还描绘了α属冠状病毒刺突蛋白的抗原图谱，揭示了不同属的人冠状病毒的刺突蛋白之间在抗原特性上的共性与差异，相关研究成果也为开发广谱冠状病毒疫苗提供了理论参考（发表于Communications Biology, 2022）。 

图3、揭示HIV-1流行重组亚型Env蛋白的结构与免疫识别特征。

4、新药靶点发掘与相应抑制剂发现：肠道病毒属（Enterovirus）多种病原体引发的感染因其庞大的感染基数每年给全球社会带来巨大的健康和经济负担，而3C蛋白是针对该属病毒开发抗病毒药物的热点。然而，此前针对其酶活性中心开发的抑制剂在动物实验中效果不佳，亟待发掘3C蛋白上新的药物靶点。我们通过研究发现：1）3C蛋白除具有传统的蛋白酶功能外还在该属病毒的基因组复制过程中发挥了关键调控作用，并鉴定出了3C蛋白上负责与病毒基因组5'NCR区结合的相关位点。2）3C蛋白的酶活性可以通过别构调节位点进行调控。上述别构调节位点和基因组结合位点均远离3C蛋白的酶活性中心，同时具有很高的属内保守性，可用于指导后续针对该属病毒的广谱抑制剂研发工作（发表于PNAS, 2020）。进一步，我们通过综合运用DNA编码化合物库和计算机虚拟筛选等技术针对上述两个新靶点开展了大规模的化合物筛选与验证工作，首次发现天然产物二氢杨梅素（DHM）能特异性靶向3C蛋白的别构调节位点，非竞争性地抑制包括柯萨奇病毒、脊髓灰质炎病毒、肠道病毒71等在内的多种肠道病毒的3C蛋白酶活性，进而通过阻断病毒多蛋白前体的切割来抑制病毒复制，实现广谱抗病毒效应，其在抗病毒实验中的选择性指数CC50/IC50超过700，具备优异的剂量窗口，有望作为抗肠道病毒药物的候选分子被进一步优化和继续开发（发表于Adv Biol, 2025）。