CRISPR-Cas9是原核生物来源的适应性免疫系统，天然状态下依赖tracrRNA与crRNA双引导RNA共同协作实现核酸靶向。2012年，Doudna和Charpentier团队通过嵌合改造将天然双引导RNA融合为sgRNA，此后sgRNA–Cas9成为可编程基因编辑领域应用最广泛、最核心的底层工具之一。与此同时，噬菌体与原核生物在长期拮抗与协同进化中形成了多样的免疫逃逸策略，大量anti-CRISPR（Acr）蛋白已被发现可通过不同机制抑制Cas9活性。然而，是否存在针对CRISPR-Cas9系统的RNA型Acr分子仍不清楚。

2026年10月21日，学院刘亮团队与北京大学基础医学院云彩红团队合作，在Cell Host & Microbe在线发表了题为“A phage-encoded small RNA that mimics chimeric guide to inhibit CRISPR-Cas9”的研究论文。研究揭示了一种具备双重身份的anti-CRISPR RNA——rAcrIIA1：它一方面能通过模拟sgRNA的结构来抑制CRISPR-Cas9活性，帮助噬菌体逃避宿主的免疫防御；另一方面，它本身又是一种完全可编程的引导RNA，可用于基因编辑与分子诊断。这一“既是刹车、又是方向盘”的双重身份，打破了抗CRISPR RNA只能充当抑制剂的传统认知，也提示自然界在漫长的军备竞赛中演化出的反制元件，或许同时蕴藏着可被人类直接征用的工具潜能。

利用生物信息学手段，研究人员在噬菌体Streptococcus phage Javan584的基因组内发现了一段颇有意思的序列：它的5′端与crRNA重复区高度相似，3′端则与tracrRNA模板序列高度相似，而它的上下游恰好各紧邻一个编码anti-CRISPR蛋白的开放阅读框。小RNA测序随后证实，该区域确实能特异性地转录出一条约111 nt的RNA。为检验其功能，团队把携带这条小RNA的质粒与携带功能性II型CRISPR-Cas9系统的质粒共同导入大肠杆菌，实验结果显示：当存在该小RNA分子时，CRISPR-Cas9介导的DNA干扰直接处于“熄火”状态。由于这是迄今首个被证实可抑制II型CRISPR-Cas9系统的RNA型Acr，研究人员将其命名为rAcrIIA1。

为了阐明 rAcrIIA1抑制CRISPR-Cas9的分子基础，研究人员进一步解析了Cas9-rAcrIIA1二元复合物及Cas9-rAcrIIA1-DNA三元复合物的冷冻电镜结构，结构显示：rAcrIIA1跟Cas9及DNA的结合方式，几乎和天然sgRNA如出一辙。体外竞争结合实验进一步证实，rAcrIIA1的结合阻止了功能性crRNA-tracrRNA加载至Cas9，从而阻断Cas9的特异性DNA靶向活性。换句话说，rAcrIIA1走的是一条“以假乱真”的路子——它并不破坏Cas9，也不降解向导RNA，而是凭借一副与crRNA-tracrRNA相似的结构“冒充”向导，先把Cas9占住，让真正的CRISPR-Cas9干扰复合物无从组装，细菌的免疫防线也就此被打开缺口。

既然rAcrIIA1能模拟sgRNA结构并结合Cas9，它是否也能复刻sgRNA的功能？为回答这一问题，研究人员对rAcrIIA1的spacer序列进行了重新编程。结果显示，改造后的rAcrIIA1可以作为工程化引导RNA，引导Cas9对靶标DNA实施特异性的双链断裂；当靶向mCherry报告基因的编码区时，它还能在细菌体内实现基因沉默。随后，团队进一步检验了rAcrIIA1在哺乳动物细胞中的基因组编辑能力：将SpyCas9与相应的rAcrIIA1共表达，其编辑效率与经典sgRNA相当。这意味着，rAcrIIA1并非只能充当抑制Cas9的“冒充者”——一旦其spacer序列被重新编写，它便从噬菌体的免疫逃逸工具，转变为可编程的基因编辑向导，且这一能力可从细菌跨物种延伸至哺乳动物细胞。此外，ssDNA报告基因结果证实，基于rAcrIIA1引导的Cas9具备更优的反式切割活性。这些结果共同说明：rAcrIIA1是sgRNA在结构与功能上的双重模拟物——它以一副仿制的向导结构进入Cas9，却能在被重新编程后，复现经典sgRNA具备的所有酶活性形式。

综上，面对CRISPR-Cas免疫系统，噬菌体进化出了一种极为高效的解决方案：一段仅约111 nt的紧凑RNA，它在结构上模拟了整个sgRNA——既能竞争性阻断天然crRNA的加载，又能自身引导Cas9定位至DNA。rAcrIIA1以极小的分子体量，完成了“抑制”与“引导”两种看似对立的使命：作为天然抗CRISPR RNA，它在噬菌体与宿主的军备竞赛中充当免疫逃逸的利器；作为完全可编程的高效引导RNA，它又可在原核与真核系统中广泛应用于基因组编辑、基因沉默和分子诊断等领域。总体而言，rAcrIIA1不仅翻开了噬菌体—宿主军备竞赛的新篇章，也拓宽了CRISPR-Cas9工具库的应用版图——从基因编辑到核酸检测，皆有可为。一个为对抗CRISPR而生的分子，最终成为CRISPR工具箱中的新成员，这或许正是微观军备竞赛留给人类的最耐人寻味的馈赠。

rAcrIIA1的双重身份：从竞争性抑制到可编程引导RNA的机制与工具开发

厦门大学生命科学学院刘亮教授、陈霁云副教授、北京大学基础医学院云彩红教授为论文的共同通讯作者。厦门大学生命科学学院博士后陈莹、北京大学药学院赵鹏副研究员为论文的共同第一作者。本研究获得了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、翔安创新实验室/传染病疫苗研发全国重点实验室培育项目等经费的支持。

原文链接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(26)00406-3

（图/文 刘亮团队）