改造版 tRNA 如何在囊性纤维化模型中恢复 CFTR 功能

多伦多大学牵头的研究团队提出了一种不改变 DNA 的 RNA 治疗策略，目标是治疗由 无义突变 引起的囊性纤维化。无义突变会在制造蛋白质的遗传指令中提前插入“停止”信号，使细胞过早结束翻译，最终只能生成残缺蛋白，或几乎无法生成完整蛋白。

研究人员没有直接编辑 CFTR 基因，而是提供经过改造的抑制型转运 RNA（sup-tRNA）。这种 tRNA 能识别突变 CFTR 信使 RNA 上错误出现的终止密码子，并在此处插入一个氨基酸，让核糖体继续读取后续指令，从而帮助细胞制造完整的 CFTR 蛋白。14

这项成果目前只在支气管上皮细胞、小鼠模型和患者来源的囊性纤维化类器官中得到验证，属于有前景的临床前平台，并不意味着人体治疗已经被证实。

无义突变为何会让现有药物难以发挥作用

CFTR 是一种氯离子通道。正常情况下，它位于气道细胞膜上，帮助调节盐和水的运输；而无义突变会让蛋白质合成在中途“急刹车”，导致细胞缺少能够正常工作的完整 CFTR。

这也是该策略与现有 CFTR 调节剂之间的关键区别。CFTR 调节剂主要改善细胞已经制造出来的 CFTR 的折叠、运输或活性。如果提前终止信号使完整蛋白根本无法充分生成，单靠这类药物就可能难以弥补缺口。因此，这项研究聚焦于一部分对调节剂单药反应不足的囊性纤维化患者。12

无义突变据估计约占遗传性疾病的 11%。由于相同类型的翻译错误会出现在不同基因中，若能建立安全、可靠的“通读”方案，未来或许可以将其改造后用于其他遗传病。2

抑制型 tRNA 如何绕过错误的“停止指令”

在正常蛋白质合成过程中，转运 RNA 会根据信使 RNA 上的密码子，把相应的氨基酸送到核糖体。研究人员重新设计了 sup-tRNA 的反密码子，使其能够识别突变 CFTR 信使 RNA 中的提前终止密码子。

当 sup-tRNA 抵达这个错误的终止位置时，它会插入氨基酸，而不是让翻译过程结束。核糖体因此可以继续读取遗传信息，生成全长 CFTR 蛋白。换句话说，这种方法绕开的是 DNA 指令中的错误“路障”，而不是直接修复 DNA 序列。14

由于这种 RNA 并不以永久改变基因为目标，其作用具有暂时性。若未来进入临床，可能需要重复给药；具体间隔则取决于疗效能持续多久，以及反复给药是否安全。

一处天然 tRNA 化学修饰，解决多个瓶颈

未经修饰的 sup-tRNA 面临多重限制：它需要在体内保持足够稳定，还要能够装载正确的氨基酸、有效促进通读，并避免过度激活先天免疫系统。

研究团队在 tRNA 的特定位点引入了一种天然存在于 tRNA 中的化学修饰。研究报告称，这一改造提高了 tRNA 的氨酰化效率，也就是装载目标氨基酸的能力；同时增强了提前终止密码子的通读效果，延长了功能活性，并降低了先天免疫激活。158

现有资料没有说明该化学修饰的具体名称，因此不能据此断定它是某种特定化合物，例如假尿苷。其意义在于同时改善了多个关键环节：一条虽然能读过终止密码子、却很快降解、装载不足或强烈引发免疫反应的 tRNA，治疗价值会非常有限。

为什么采用吸入式脂质纳米颗粒递送

研究人员还针对 tRNA 结构特殊、递送难度较高的特点，设计了与其货物相匹配的脂质纳米颗粒（LNP）配方。他们筛选不同配方的递送表现，随后通过吸入方式给药，希望让 RNA 更集中地到达肺部和气道细胞。18

这是一种非病毒递送系统：LNP 负责把治疗性 RNA 带入细胞，不依赖病毒载体，也不会把一份“修正版”基因永久插入基因组。此前研究已经表明，通过 LNP 将 sup-tRNA 递送到小鼠体内，可以恢复携带无义突变的蛋白质生成，为这项更强调肺部靶向和货物定制的新研究提供了基础。4

细胞、小鼠和患者类器官中看到了什么

联合使用化学修饰的 sup-tRNA 和吸入式 LNP 后，研究人员在多个实验系统中观察到 CFTR 蛋白生成及相关通道功能恢复：

• 人支气管上皮细胞： 治疗促进了提前终止密码子的通读，并恢复了全长 CFTR 的生成。
• 囊性纤维化小鼠模型： 吸入递送能够到达肺部，相关功能活性据报道最长可持续约 40 天。但这是动物实验结果，不能直接视为人体中也能持续同样长的时间。16
• 患者来源类器官： 在一个携带 4 个 CFTR 变异、包括 2 个无义变异的类器官中，该方法恢复了全长 CFTR 的生成。18

类器官实验也揭示了这条路线的重要限制：新生成的 CFTR 仍需要依伐卡托–替扎卡托–艾法卡托组合，也就是通常所说的 Trikafta，才能获得更理想的折叠、细胞内运输和通道活性。因此，对至少部分突变而言，未来的治疗逻辑可能是：先恢复蛋白生成，再改善被“救回”的蛋白的行为，而不是完全取代 CFTR 调节剂。13

这项技术能否用于其他遗传病

理论上，sup-tRNA 可以分别针对三种终止密码子进行设计。这使它具有按“突变类型”开发的平台潜力，而不必为每一种疾病都从零开始设计完全不同的机制。

不过，这种潜力并非自动转化为疗效。不同蛋白质对氨基酸替换的耐受程度不同；即使成功绕过提前终止信号，重新生成的蛋白也可能折叠异常，或仍需要稳定剂和调节剂辅助。递送同样具有器官特异性：为吸入式肺部给药优化的 LNP，不一定适合肝脏、肌肉、大脑或肾脏。针对这些组织，可能需要分别开发不同的纳米颗粒配方和给药方式。34

从动物模型走向人体，还要回答哪些安全问题

这项策略仍需解决一系列转化医学问题，包括：

• sup-tRNA 是否会在正常终止密码子处引发意外通读？
• 改变翻译过程是否会产生有害的脱靶蛋白或错误氨基酸替换？
• 反复吸入给药是否能够长期保持安全和疗效？
• LNP 在肺部的分布范围有多广，作用能持续多久？
• RNA 或脂质纳米颗粒是否会诱发炎症及其他免疫反应？

外部报道提到，小鼠实验中出现了与剂量相关的炎症信号；而吸入式 LNP 本身也存在需要进一步评估的呼吸系统安全问题。因此，在人体临床试验确认疗效和风险之前，这种方法仍不能被视为成熟治疗。613

这项研究最重要的进展，并不只是“让 tRNA 跳过一个终止密码子”，而是把 tRNA 化学工程 与 肺部靶向递送 结合起来：研究人员同时改善了通读效率、功能持续时间、氨基酸装载和耐受性，并将货物送入相关气道组织。下一步的关键，是确认这一效果能否在人类身上安全、稳定、可重复地实现，以及不同 CFTR 突变是否需要与 Trikafta 等药物联合使用。