2026年10月16日，天津大学生命科学学院王泽方教授团队在《自然·通讯》（Nature Communications）发表题为“Structural basis for loop-dependent inhibition by AcrIIC1 anti-CRISPR proteins”的研究论文。该研究解析了抗CRISPR蛋白AcrIIC1抑制Cas9的结构基础，揭示其借助一段独特的延长环区实现“双层”抑制的分子机制；并以此为线索，通过环区移植获得了抑制能力显著增强的人工拮抗蛋白，为基因编辑的生物安全与生态安全调控提供了新工具。
CRISPR-Cas系统已广泛应用于基因治疗、农业育种和工业微生物改造，但Cas核酸酶的持续激活或过度活化，可能带来脱靶编辑、细胞毒性及非预期遗传扩散等风险。抗CRISPR蛋白（anti-CRISPR proteins，Acrs）是噬菌体在长期演化中形成的天然Cas拮抗蛋白，被视为构建基因编辑“安全开关”的理想候选。然而，天然Acrs的抑制能力差异显著，如何识别其中的关键功能模块并据此设计性能更优的人工拮抗蛋白，一直是该领域的难点。
研究团队以抑制能力差异明显的AcrIIC1Boe（强抑制）和AcrIIC1Nme1（弱抑制）为研究对象，解析了分辨率为1.8 Å的AcrIIC1Boe与Nme1Cas9 HNH结构域复合物的晶体结构。研究发现，两者均以保守骨架占据HNH催化中心；在此基础上，AcrIIC1Boe还拥有一段独特的延长环区——该环区一方面与HNH结构域形成额外相互作用，另一方面可伸向sgRNA的spacer区域并干扰其构象，使R-loop形成速率降低约54%，从而在“催化中心占位”之外叠加了第二层抑制。环区突变或删除实验进一步证实，该延长环区是决定抑制效力的关键模块。
基于上述结构信息，团队将AcrIIC1Boe的功能环区移植到弱抑制的AcrIIC1Nme1中，构建出人工嵌合蛋白AcrIIC1Nme1ST。体外切割实验与细胞内基因编辑实验均显示，该嵌合蛋白对Cas9的抑制能力显著优于野生型AcrIIC1Nme1。
研究由此提出AcrIIC1的“双层耦联抑制模型”：保守骨架封闭催化中心，延长环区则通过调节sgRNA构象与R-loop形成发挥协同作用。该工作不仅解释了同源抗CRISPR蛋白抑制能力差异的结构基础，更证明天然抗CRISPR蛋白的关键结构模块可通过移植重组实现功能增强，为设计性能更优的人工Cas拮抗蛋白提供了可行路径。相关成果也为基因治疗、农业育种、合成生物学及生态安全等领域开发CRISPR负调控工具提供了新思路。
天津大学生命科学学院博士研究生王珅为论文第一作者，硕士研究生张智宇、药物科学与技术学院栾晨宇和生命科学学院副教授祝诚为共同第一作者；王泽方教授为论文主要通讯作者，肖云杰副研究员和上海科技大学杨海涛教授为共同通讯作者。天津大学为第一通讯单位。该研究得到天津市科技重大专项、国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。
