基因治疗旨在通过调控患者细胞内的基因表达实现疾病预防与治疗，但要产生疗效，外源基因需要进入细胞核。研究人员指出，尽管将DNA递送至细胞质的流程相对成熟，从细胞质进一步转运至细胞核仍是关键瓶颈，核转运效率据估计约为1%，导致一些方案不得不使用更高剂量DNA，从而增加免疫反应与细胞毒性风险。

加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）由生物化学与分子生物物理学系教授Neal Devaraj领导的团队，近日在《自然通讯》（Nature Communications）发表研究称，他们建立了一套新的化学工作流程，可在尽量降低细胞不良影响的同时显著提升DNA进入细胞核的效率。

研究围绕核定位信号（NLS）展开。NLS是一段短肽序列，可作为“核内投递”的标记，引导携带该信号的分子进入细胞核。将DNA与NLS连接，理论上可借助NLS介导的核转运实现“搭载”入核。不过，该策略虽已提出多年，但在不同实验条件下结果不稳定、难以复现。研究团队认为，影响效果的变量包括NLS类型、NLS与DNA之间的间距、以及连接的NLS数量等，而此前缺乏能够系统筛选这些变量的工具。

论文第一作者、加州大学圣地亚哥分校生物化学研究生Zulfiqar Mohamedshah表示，团队开发的工作流程可对DNA与NLS肽的偶联参数进行强有力筛选，从而建立将NLS肽连接到DNA“基因盒”的设计规则，并观察到核DNA递送效率提升超过十倍。

在方法上，该流程改编自Devaraj实验室此前开发的酶促DNA标记技术DNA-TAG。研究中，团队使用一种来源于细菌的酶TGT（tRNA鸟嘌呤转糖基转移酶）对DNA进行化学修饰，为DNA引入便于后续连接肽类的“化学手柄”，从而实现包括NLS肽在内的多种肽与DNA的便捷偶联。

借助该平台，研究人员对可移动的DNA片段“基因盒”进行NLS修饰，并分别调整NLS类型、间距与数量等参数。基因盒编码eGFP报告基因，当其被递送进入人类细胞核并表达时会产生绿色荧光，研究人员据此筛选不同DNA–NLS偶联物组合的核转运与表达效果。

Devaraj表示，团队实现了核定位DNA的表达量超过未修饰DNA十倍的表达量，这意味着在获得更高表达的同时，可减少递送所需DNA用量，从而有望缓解细胞毒性问题。

为进一步验证该工作流程，研究团队递送了编码凝血因子IX（Factor IX）的基因盒。凝血因子IX缺失会导致圣诞病（Christmas disease，一种罕见遗传性出血性疾病）。研究结果显示，凝血因子IX的表达量较对照组高出十倍。

研究还报告称，不同组织类型对特定DNA–NLS序列的响应存在差异：在肝组织中，某些NLS肽对核转运更有效，而在心脏或肾脏组织中则不一定。研究人员表示，后续工作可进一步探讨如何利用这一差异实现更精准的组织特异性递送。

团队下一步计划评估DNA–NLS偶联物递送是否能够降低免疫反应，并探索将该工作流程用于提升CRISPR-Cas9基因组编辑效率，同时继续优化流程的临床转化性与可扩展性。