工程化 tRNA 繞過基因「截斷指令」　囊腫性纖維化模型成功恢復 CFTR 功能

多倫多大學帶領的研究團隊，開發出一種非病毒 RNA 治療策略，針對由「無義突變」（nonsense mutation）引起的囊腫性纖維化。這類基因錯誤會在製造蛋白質的指令中，錯誤加入一個過早出現的「停止」訊號，令細胞未能完成製造完整蛋白。1

研究人員沒有直接修改 CFTR 基因，而是加入經工程化改造的抑制型轉移 RNA（suppressor tRNA，簡稱 sup-tRNA）。這些 tRNA 能夠辨認錯誤的停止訊號，讓細胞繼續讀取指令，製造全長 CFTR 蛋白。研究已在支氣管上皮細胞、小鼠模型及病人來源的囊腫性纖維化類器官中測試，但目前仍屬臨床前研究，並非已證實的人體療法。

無義突變如何令 CFTR「半途收工」？

正常情況下，細胞會按照信使 RNA 上的指令逐步製造蛋白質。無義突變卻會提早發出終止訊號，令蛋白質製造過程突然停止。在 CFTR 基因中，這可能導致細胞幾乎沒有完整、可以正常運作的 CFTR 蛋白，而 CFTR 正是協助氯離子通過細胞膜的通道蛋白。

這亦解釋了為何現有 CFTR 調節劑未必足夠。這類藥物主要改善細胞已製造出來的 CFTR 的摺疊、運送或活性；如果突變令細胞根本製造不出足夠的完整蛋白，藥物便欠缺可以修正或激活的目標。因此，研究主要針對一批帶有 CFTR 無義突變、單靠調節劑可能反應不足的患者。12

無義突變估計涉及約 11% 遺傳性疾病。由於同一類「過早停止翻譯」的錯誤可以出現在不同基因，若能證明這種讀穿策略安全有效，日後或可按不同疾病作出改造。2

sup-tRNA 怎樣繞過錯誤停止訊號？

轉移 RNA 本來的工作，是在細胞製造蛋白質時，按照信使 RNA 的密碼子帶入相應胺基酸。研究人員改造 sup-tRNA 的反密碼子，令它可以辨認突變 CFTR 信使 RNA 中的提前終止密碼子。

當 sup-tRNA 抵達這個錯誤的「停止位」時，便會放入一粒胺基酸，而不是讓製造過程完結。核糖體於是可以繼續讀取後面的指令，最後製造出完整 CFTR 蛋白。換句話說，這個方法不是修補 DNA，而是繞過 DNA 指令在蛋白質翻譯階段出現的錯誤。14

由於 RNA 不會永久改變基因組，這是一種暫時性治療。如果日後進入臨床，理論上需要重複給藥；實際相隔多久，則要視乎療效可以維持多久，以及重複吸入的安全性。

一個天然 tRNA 修飾，解決多重瓶頸

未經修飾的 sup-tRNA 要發揮作用，面對幾個難關：它要在體內維持足夠穩定、成功載入正確胺基酸、有效讀穿提前終止密碼子，同時又不能過度刺激先天免疫反應。

團隊在 tRNA 的特定位置加入一種天然存在於 tRNA 的化學修飾。研究報告指，這項修飾提升了 tRNA 載入胺基酸的效率、增加提前終止訊號的讀穿率、延長功能活性，並減少先天免疫系統被啟動。158

現有資料沒有交代該修飾的確切名稱，因此不應自行假定它是某一種特定化合物，例如假尿苷（pseudouridine）。重點是，研究人員同時處理了 tRNA 效率不足、容易失活及可能引發免疫反應等問題。

為何採用吸入方式送入肺部？

團隊亦為結構較特別的 tRNA 貨物設計專用脂質納米粒子（LNP）。他們先篩選不同配方的遞送表現，再以吸入方式將入選的 LNP 送入肺部，目標是令 RNA 更集中於肺組織及氣道細胞。18

這是一種非病毒遞送系統：LNP 負責把治療性 RNA 帶入細胞，並不依靠病毒載體，也不會把一個修正後的基因永久插入細胞。較早研究已經顯示，以 LNP 遞送 sup-tRNA 可以在小鼠恢復帶有無義突變的功能蛋白製造，為今次針對 tRNA 貨物及肺部遞送的設計打下基礎。4

細胞、小鼠及病人類器官結果如何？

研究中的 sup-tRNA 加吸入式 LNP 組合，在多個實驗模型恢復了 CFTR 蛋白製造及相關通道功能：

• **人類支氣管上皮細胞：**治療促進提前終止密碼子被讀穿，恢復製造完整 CFTR 蛋白。
• **囊腫性纖維化小鼠模型：**吸入式遞送成功抵達肺部，並產生較持久的活性，研究報告指在小鼠身上最長約 40 日。不過，這是臨床前數據，不能直接推論人類也能維持相同時間。16
• **病人來源類器官：**在一個帶有 4 個 CFTR 變異、包括 2 個無義變異的類器官模型中，方法恢復了全長 CFTR 的製造。18

類器官結果亦顯示，恢復製造蛋白並不代表所有問題已經解決。在該模型中，新製造的 CFTR 仍要配合 elexacaftor–tezacaftor–ivacaftor，即一般所稱的 Trikafta，才能改善摺疊、運送到正確位置，以及發揮最佳通道活性。13

因此，對至少部分突變而言，較可能的治療思路是：先恢復蛋白製造，再改善被救回來的蛋白質表現，而不是完全取代 CFTR 調節劑。

可能不只適用於囊腫性纖維化

理論上，sup-tRNA 可以分別設計，用來辨認 3 種終止密碼子。這令它有機會成為一個針對「突變類型」的平台，而不只是針對單一疾病。只要研究人員能為不同蛋白選擇合適的 tRNA、帶入合適胺基酸，並安全地把足夠 RNA 送到目標組織，便可能延伸至其他無義突變疾病。34

但這個方向並非一套配方走天下。不同蛋白質或許能接受不同胺基酸替代；即使成功繞過提前停止訊號，救回來的蛋白仍可能摺疊不良，或需要其他穩定蛋白質的藥物協助。

遞送亦要按器官重新設計。為肺部吸入而優化的 LNP，不一定適合肝臟、肌肉、腦部或腎臟。這些器官可能需要不同的納米粒子配方及給藥途徑。過往研究雖然已在小鼠示範 LNP-sup-tRNA 可以到達肝臟及肺部，但器官專一性靶向仍是重要開發難題。34

由模型走向人體，安全問題仍未解決

研究仍有多項關鍵問題需要回答：

• sup-tRNA 會否意外讀穿正常基因原本的終止密碼子？
• 改變翻譯過程會否製造有害的非目標蛋白，或加入不合適的胺基酸？
• 長期重複吸入 LNP 及 RNA 是否安全、有效？
• 治療可以覆蓋多大範圍的肺部，又能維持多久？
• LNP 或 RNA 會否引發炎症及其他免疫反應？

外部報道亦提到，小鼠曾出現與劑量相關的炎症，以及吸入式 LNP 方法整體上需要關注的呼吸道安全問題。這些風險必須經過更嚴謹測試，才可以評估是否適合進入人體研究。613

今次工作的主要突破，不只是改造 tRNA，而是把tRNA 化學修飾與肺部靶向遞送結合起來。研究團隊藉此提升讀穿效率、持續時間、胺基酸載入能力及耐受性，並將貨物送到肺部，在臨床前及病人來源模型中恢復有意義的 CFTR 製造及功能。

下一步關鍵，是確認這種效果能否在人類身上安全、穩定及可重複地出現；同時亦要弄清楚，不同 CFTR 突變是否需要配合 Trikafta 或其他藥物，才能令恢復製造的蛋白真正發揮作用。