多伦多大学、大学健康网络和病童医院的研究人员开发了一种很有前途的新方法，最终可能有助于治疗数千种遗传疾病。. 由于无义突变也可能发生在与肌肉疾病相关的基因中，因此这种新兴的 tRNA 技术未来可能与杜氏肌营养不良症 (DMD) 等疾病相关，尽管它尚未被测试用于治疗 DMD。.
该研究主要关注转移 RNA (tRNA)，这是一种参与细胞产生蛋白质过程的分子。. 科学家们通过改造 tRNA，旨在克服最难解决的基因突变类型之一：无义突变。.
这项研究于 8 月 27 日发表在《科学》杂志上，在实验室和临床前模型中证明，工程化的 tRNA 可以恢复受无义突变影响的全长功能性蛋白质的产生。.
目录
什么是无义突变？
基因包含细胞用来合成蛋白质的指令。这些指令以称为密码子的三个字母为单位进行读取。大多数密码子告诉细胞在蛋白质合成过程中添加哪个氨基酸，而三个密码子则起到信号作用，告诉细胞停止合成。.
无义突变是指基因改变过早地产生终止信号。.
这就像在路中间竖起一个停车标志。细胞会在蛋白质合成完成之前就停止合成。结果，蛋白质可能缩短而失去功能，或者只能合成极少量的完整蛋白质。.
虽然无义突变约占遗传性疾病的 11%，但它们影响着成千上万的患者，涉及多种不同的疾病，包括某些形式的囊性纤维化以及肌肉和神经系统疾病。.
为什么tRNA研究对遗传疾病如此重要？
遗传医学面临的主要挑战之一是致病突变的数量极其庞大。为每一种突变制定单独的治疗方案极其困难，尤其当某种突变仅影响少数患者时更是如此。.
而针对无义突变的 tRNA 研究或许能提供一种不同的策略。.
重要的是，无义突变可能发生在许多不同的基因中，但只会导致三种可能的提前终止密码子。这使得开发针对突变类型而非特定基因的治疗方法成为可能。.
因此，研究人员设想了一种潜在的“一刀切”策略，即一种经过改造的 tRNA 可以解决多个基因和疾病中相同的过早终止信号。.
工程化tRNA是如何工作的？
研究人员设计了能够识别提前终止信号并插入相应氨基酸的tRNA分子。.
这样一来，细胞就能继续阅读遗传指令，并有可能产生完整的蛋白质。.
所得蛋白质可能并不总是与天然蛋白质完全相同。然而，如果能够恢复足够的蛋白质功能，则其效果可能远胜于几乎不产生或完全不产生功能性蛋白质。.
简单来说，研究人员不是改变 DNA 本身，而是试图绕过蛋白质生产过程中过早的终止信号。.
增强tRNA的效力和有效性
将tRNA开发成实用药物并非易事。其中一个重要挑战是如何使工程改造的tRNA具有足够的活性和稳定性，从而能够产生足够数量的蛋白质。.
研究团队发现，在 tRNA 中添加一种天然存在的特定化学修饰，可以使工程分子更具活性，持续时间更长。.
这是重要的一步，因为治疗性 tRNA 需要保持功能足够长的时间才能产生有意义的生物学效应。.
将tRNA递送到正确的细胞
另一个主要挑战是交付。.
即使是一种高效的 tRNA，如果无法到达需要它的细胞，也无法发挥药物作用。. 因此，研究人员开发了专门的脂质纳米颗粒（LNP）来递送tRNA。.
虽然脂质纳米颗粒此前已被用于递送mRNA，但研究人员对其进行了专门针对tRNA的重新设计。他们筛选了约1000种不同的脂质，以确定合适的递送系统。.
这项工程化 tRNA 与专门递送技术的结合是该研究的关键进展之一。.
tRNA可恢复囊性纤维化模型中的蛋白质合成
研究人员最初在囊性纤维化模型中测试了该方法，这些模型涉及 CFTR 基因中的无义突变。.
现有的CFTR调节剂疗法，包括Trikafta，已经彻底改变了许多囊性纤维化患者的治疗方式。然而，对于因某些无义突变导致疾病的患者，这些药物无效，因为这些患者可能永远无法产生必需的全长CFTR蛋白。.
在携带两种常见无义突变的人类呼吸道细胞中，工程改造的tRNA恢复了CFTR蛋白的产生，并且该蛋白具有功能。恢复的蛋白还能持续检测40多天。.
联合疗法的潜力
研究人员还测试了一名囊性纤维化患者的细胞，该患者的 CFTR 基因型复杂，包含四个突变，其中包括两个无义突变。.
在这些患者来源的类器官中，单独使用tRNA或Trikafta均未产生显著反应。然而，当二者联合使用时，可恢复全长CFTR的产生，并使Trikafta能够作用于新产生的蛋白质。.
这表明 tRNA 疗法有可能与现有疗法结合使用，而不是取代现有疗法。.
tRNA研究能否治疗其他遗传疾病？
这项研究最重要的潜在价值不仅限于囊性纤维化。.
由于相同的三个提前终止密码子可以出现在许多不同的基因中，因此设计一种能够识别其中一个信号的工程化 tRNA 有可能被用于治疗多种遗传疾病。.
研究人员目前正在探索如何将该平台应用于其他器官和组织。每种目标组织可能都需要其特有的递送系统。.
对于肺部疾病，该团队已经证明，其脂质纳米颗粒可以转化为细雾并存活下来，这为未来吸入式 tRNA 疗法提供了可能性。.
一种前景可观但仍处于早期阶段的方法
tRNA 无义突变的研究仍处于临床前阶段，在这项技术能够成为获批的患者治疗方法之前，还需要进行更多的研究。.
然而，这个概念意义重大。研究人员并没有针对每一种致病突变开发完全不同的疗法，而是探索能否利用一个通用的基于tRNA的平台来靶向多个基因中同一种类型的突变。.
如果成功，tRNA 疗法最终可能成为治疗由无义突变引起的遗传疾病的新平台，包括目前几乎没有或根本没有有效治疗方案的疾病。.
了解更多: 探索杜氏肌营养不良症临床试验
