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ZFNs 是第一代可編程基因編輯工具，通過融合 DNA 結合域（鋅指蛋白）與 DNA 切割域（FokI 核酸酶）實現靶向編輯：
鋅指蛋白結構域：
由 30-34 個氨基酸重復單元構成，每個單元通過 第 12、13 位可變殘基（RVDs） 識別特定堿基：
| RVD 類型 | 識別堿基 | 特異性 |
|---|---|---|
| NI | A | 高 |
| NG | T | 高 |
| HD | C | 高 |
| NN | G/A | 中等 |
單個鋅指識別 3 bp，串聯 3-6 個可靶向 9-18 bp 序列。
FokI 切割域：
需 二聚化 才能激活切割功能 → ZFNs 需成對設計（左臂/右臂），切割位點位于兩臂結合位點之間（間隔區 5-7 bp）。
編輯機制：
雙鏈斷裂（DSB）→ 細胞啟動修復路徑：
非同源末端連接（NHEJ） ：隨機插入/缺失（Indels），導致基因敲除。
同源定向修復（HDR） ：需外源修復模板（如 ssODN），實現點突變或基因插入。
技術突破：shou次實現哺乳動物基因組靶向編輯（2005 年），開啟精準基因編輯時代 。
| 步驟 | 核心操作 | 創新優化 |
|---|---|---|
| 靶點設計 | 避開高重復/甲基化區域，間隔區 5-7 bp | 軟件預測（ZiFiT）提升結合效率 |
| 鋅指組裝 | 模塊化串聯法： |
3-6 個鋅指單元串聯
Golden Gate 克隆（BsaI/BsmBI） | 6 天完成構建，成功率 >80% |
| 表達載體 | 雙啟動子載體（CMV/T7），支持 mRNA 合成與蛋白表達 | 適配多物種（斑馬魚、小鼠、豬） |
| 遞送方式 | - 受精卵顯微注射 ZFNs mRNA
體細胞轉染 + 核移植（大型動物） | mRNA 遞送減少脫靶 |
| 修復增強 | 聯合 ssODN 模板 + NHEJ 抑制劑（SCR7） | HDR 效率提升 3 倍 |
| 物種 | 靶基因 | 疾病模型 | 效率/表型 | 研究價值 |
|---|---|---|---|---|
| 斑馬魚 | golden | 白化病 | 95% F0 代色素缺失 | 發育基因功能篩選 |
| 小鼠 | Rag2/IL2rg | 免疫缺陷模型 | 雙基因敲除，人源化移植平臺 | 腫瘤免yi治療研究 |
| 豬 | GGTA1 | 異種器guan移植模型 | 敲除 α-Gal 抗原，降低超急性排斥 | 人源化器官開發 |
| 果蠅 | yellow | 體色突變 | 生殖系突變率 5.7%（動物模型） | 基因功能保守性驗證 |
高 GC 區域編輯：
無 PAM 序列限制，可靶向 CRISPR/Cas9 無法編輯的區域 。
低脫靶率需求：
治療性編輯中脫靶率 <0.1%（CRISPR 為 1-10%）。
大型動物模型：
豬、牛等物種中免疫原性低于 CRISPR 。
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