国产顶刊Vita：林世贤/丁文龙团队开发tRNA疗法平台，实现对不同遗传模式、器官及蛋白类型的无义突变通读

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

提前终止密码子（Premature termination codon，PTC）是数千种遗传性疾病中约 11% 致病变异的根源。目前的抑制性 tRNA（suppressor tRNA，sup-tRNA）疗法已显示出良好的活性，但其在不同组织、氨基酸替换背景以及多种与疾病相关的靶点中的表现，仍不完全明确。

2026 年 10 月 27 日，浙江大学林世贤、丁文龙团队（博士生方成竹、魏雷庭为论文共同第一作者）在Vita期刊发表了题为：Alanine-based suppressor tRNA enables disease-agnostic nonsense suppression across protein classes and inheritance patterns 的研究论文。

该研究开发了丙氨酸抑制性 tRNA 平台——ALPHA，通过 AAV9 递送的 ALPHA 能够在 3 种不同遗传模式（常染色体隐性遗传、X连锁隐性遗传、常染色体显性遗传）、4 种 PTC 疾病小鼠模型（I 型黏多糖贮积症、杜氏肌营养不良、Alport综合征、家族性腺瘤性息肉病）和 5 种不同患病器官组织（肝脏、心脏、肌肉、肾脏、肠道）中恢复全长蛋白表达（覆盖可溶性酶、大型细胞骨架蛋白、分泌型细胞外基质蛋白、剂量敏感型信号调控蛋白），并改善相应疾病表型。

提前终止密码子（Premature termination codon，PTC）会引入异常的终止密码子，导致产生截短蛋白，并常引发无义介导的 mRNA 降解，约占人类遗传病致病变异的 11%。尽管这些突变总体上造成了巨大的临床负担，但它们分布在数千种不同的罕见疾病中。这种广泛的遗传异质性使得为大多数患者开发定制化、基因特异性的疗法在实践和经济上都难以实现。

工程化抑制性 tRNA（suppressor tRNA，sup-tRNA）已成为一种有前景的替代方案。通过促进无义突变终止密码子的通读，sup-tRNA 能够在不进行基因组编辑的情况下恢复全长蛋白的表达。sup-tRNA 最初是在微生物中被发现的天然遗传元件，能够解读终止密码子以恢复基因功能。基于这一原理，早期研究证实，人类的 sup-tRNA 可通过解读哺乳动物细胞系中的无义突变终止密码子，恢复全长蛋白的表达。

近年来，通过系统的筛选与优化，已成功构建出基于人类 tRNA 骨架的高度活性 sup-tRNA，并在多种细胞系中得到验证。后续研究进一步证明，将丙氨酸识别元件引入吡咯赖氨酸 tRNA 骨架中，可在哺乳动物细胞中生成具有功能的丙氨酸抑制性tRNA。与此同时，腺相关病毒（AAV）载体和脂质纳米颗粒（LNP）等体内递送技术的进步，使得这些工程化 sup-tRNA 得以在动物模型中进行评估。目前已有数项突破性研究在小鼠疾病模型中证实了其显著的治疗效果以及良好的安全性。

尽管取得了这些进展，sup-tRNA 疗法的广泛应用仍面临着一些重要挑战。首先，基于内源性人类 tRNA 骨架的 sup-tRNA 常表现出组织特异性偏向，这与不同氨基酸酰基-tRNA 合成酶（aaRS）的表达水平有关。其次，对该研究中评估的 sup-tRNA 进行的一项前期分析估计，所递送的氨基酸仅在约 32% 的致病性无义突变位点上具有功能耐受性，限制了其广泛适用性。第三，体内验证主要局限于可溶性酶或细胞内支架；sup-tRNA 疗法能否挽救结构多样的蛋白质（包括大型细胞骨架蛋白、分泌的细胞外基质成分和信号枢纽蛋白），或用于治疗单倍剂量不足疾病，目前仍鲜有探索。

这些局限性表明，sup-tRNA 的治疗范围将取决于所引入氨基酸的生物学特性以及基础 tRNA 支架的工程设计。研究团队认为，一个广泛适用的 sup-tRNA 平台，应同时考虑分子工程因素和人类 PTC 相关疾病的分布情况。这样的框架将优先选择在多种致病突变中均能被良好耐受的氨基酸，同时实现高效且组织非依赖性的氨酰化。将这种基于疾病信息的设计策略与 sup-tRNA 工程技术的进步相结合，有望为拓展 sup-tRNA 治疗范围的转化平台开辟道路。

在这项最新研究中，研究团队结合了大规模人类遗传分析、sup-tRNA 工程以及体内基因递送技术，开发出了ALPHA（Alanine-based Programmable tRNA for Haploinsufficiency and PTC-Associated diseases）平台。

具体来说，研究团队提出了不同于传统内源性 tRNA 改造的设计策略——以经过工程化优化的正交 tRNA 作为基础骨架，赋予其被细胞内源性丙氨酰-tRNA 合成酶识别的能力，从而构建高活性的丙氨酸 sup-tRNA。这类正交 tRNA 此前已被用于终止密码子的解码，其骨架为重新设计氨基酸识别特征提供了有利的工程基础。研究团队将丙氨酸 tRNA 的关键身份识别元件 G3:U70 引入一系列正交 tRNA 骨架，并利用双荧光报告系统进行筛选，最终获得了能够有效识别 TAG 终止密码子的候选分子。在此基础上，研究团队进一步采用模块化工程策略，将 tRNA 划分为受体茎、反密码子茎、D 臂和 T 臂四个结构模块，系统提升其终止密码子通读能力。同时，研究团队进一步优化 tRNA 表达启动子、拷贝数及 AAV 载体结构，使分子层面的性能提升能够转化为适用于动物体内递送的治疗系统。

为了测试单一ALPHA平台是否能够支持针对不同遗传结构、靶器官和蛋白质类别的疾病治疗，研究团队评估了其在四种不同的 PTC 小鼠模型中的疗效，这些模型分别代表常染色体隐性遗传病——I 型黏多糖贮积症（MPS I），其靶蛋白 IDUA 为可溶性溶酶体酶，靶器官为肝脏和心脏；X 连锁隐性遗传病——杜氏肌营养不良（DMD）和 Alport 综合征，前者靶蛋白 dystrophin 为大型细胞骨架蛋白，靶组织为肌肉，后者靶蛋白 COL4A5 为分泌型细胞外基质蛋白，靶器官为肾脏；常染色体显性遗传病——家族性腺瘤性息肉病（FAP），其靶蛋白 APC 为剂量敏感型信号调控因子，靶器官为肠道。在每种模型中，AAV9 递送的 ALPHA 均恢复了全长蛋白的表达，同时在大鼠中观察到相应的生化、组织学和功能改善，并表现出良好的高剂量安全性。

总的来说，这些研究结果表明，理性设计的丙氨酸 sup-tRNA 能够在多种遗传背景不同的无义突变驱动的疾病中实现持久的无义密码子抑制。

论文链接：

https://www.vita-journal.com/vita/EN/10.15302/vita.2026.10.0079