Science：诺奖得主点赞！李博文团队利用LNP递送化学修饰tRNA，重启提前终止的蛋白质翻译，带来遗传疾病新疗法

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

无义突变（nonsense mutation）会在mRNA中引入提前终止密码子（PTC），提前终止蛋白质翻译，从而阻碍全长蛋白质的生成，导致了约 11% 的人类遗传疾病。对于这类遗传疾病，目前的治疗策略仍存在局限：基于基因编辑的疗法在递送、免疫原性和脱靶效应方面面临挑战，而药物介导的通读剂则疗效有限或具有显著毒性。

早在 40 多年前，华人学者简悦威就率先提出了通过“抑制性 tRNA”（suppressor-tRNA，简称sup-tRNA）来治疗 β-地中海贫血。sup-tRNA 与天然 tRNA 的序列大部分相同，但它的反密码子通过碱基配对原则可以识别终止密码子（UAG、UGA、UAA），在蛋白质翻译过程中遇到 PTC 时，sup-tRNA 可以引入对应的氨基酸到正在合成的肽链中，诱导通读从而合成全长蛋白质。

因此，sup-tRNA 提供了一种在 RNA 水平恢复内源性蛋白质合成而无需改变基因组的策略。这种可逆性、转录水平的作用机制、较低的可检测脱靶活性以及对共享相同无义密码子的多种疾病潜在的广泛适用性，使其成为极具吸引力的治疗候选物。然而，由于通读效率不高、引发免疫激活、功能持续时间短以及向相关病变组织递送效率低等问题，其临床转化仍受到限制。

2026 年 8 月 27 日，多伦多大学李博文、Haissi Cui作为共同通讯作者（Jingan Chen、Muye Zhou、Songtao Dong为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Nonviral delivery of chemically modified tRNA rescues nonsense mutations in cystic fibrosis 的研究论文。

该研究表明，在sup-tRNA中引入 N1-甲基腺苷（m1A）修饰可提高提前终止密码子（PTC）通读效率，增强 tRNA 的氨基酰化能力，延长功能持续时间，并降低先天免疫激活。通过高通量可电离脂质筛选和制剂优化，研究团队开发了一种专为 sup-tRNA 设计的 LNP——TTP-3 LNP，能够高效将化学修饰的 sup-tRNA 递送至肺部。

该方法成功恢复了支气管上皮细胞、囊性纤维化小鼠模型以及囊性纤维化患者来源类器官中的 CFTR 表达和功能。因此，专门设计的 LNP 递送的化学工程改造的 sup-tRNA 有望成为治疗无义突变的一种潜在治疗平台。

RNA 修饰已成为调控 RNA 稳定性、翻译、免疫原性以及治疗效果的关键因素。成熟的内源性 tRNA 经过广泛的化学修饰，以调控其折叠结构、稳定性、氨酰化、解码功能以及与翻译机制的相互作用。

因此，研究团队提出：在工程化 sup-tRNA 中引入特定化学修饰，可能提升其活性并增强其作为药物的适用性。同时，要实现 tRNA 疗法的有效递送，需要能够高效将具有复杂结构的 tRNA 分子靶向递送至疾病相关组织的、为递送货物定制的递送载体。

在这项最新研究中，研究团队将位点特异性 tRNA 工程与大规模脂质纳米颗粒（LNP）筛选相结合，开发出了一种针对 sup-tRNA 货物优化的非病毒递送平台。研究团队选用囊性纤维化（CF）作为疾病模型，评估该 sup-tRNA 平台的治疗效果，因为囊性纤维化的 CFTR 基因中的无义突变代表了一项尚未满足的临床需求。

研究团队合成了多种化学修饰的 sup-tRNA，并系统性地测试了位点特异性修饰的影响。结果显示，在第 57 或 58 位引入 N1-甲基腺苷（m1A）可改善 sup-tRNA 的功能，使精氨酸 sup-tRNA 的 PTC 通读效率最高提升达 10.6 倍。该化学修饰还增强了氨基酰化效率，提高了功能持久性，降低了先天免疫激活，并有利于携带不同氨基酸的 sup-tRNA。

通过筛选超过 1000 种可电离脂质，研究团队鉴定出了TTP-3（tRNA-tailored pulmonary delivery–3），进而构建了一种针对 sup-tRNA 货物优化的脂质纳米颗粒（LNP），可通过吸入方式高效进入肺组织。在小鼠中经气管吸入给药后，TTP-3 LNP 能高效将 sup-tRNA 递送至气道上皮细胞和祖细胞，并表现出初步的雾化兼容性。研究团队使用 Mango II 核酸适配体对 sup-tRNA 的体内生物分布进行了追踪，揭示其可递送至表达 CFTR 及气道修复相关的上皮祖细胞。

在 CFTR 突变的支气管上皮细胞中，化学修饰后的 sup-tRNA 恢复了 CFTR 蛋白的表达和离子通道功能。在 CFTR R553X 小鼠模型中，LNP-sup-tRNA 治疗改善了肠道类器官中 CFTR 依赖的肿胀现象。接下来，研究团队构建了囊性纤维化患者来源的类器官模型，该患者具有复杂的 CFTR 基因型，包含四个突变，其中两个为无义突变，导致其对现有药物治疗无响应。在该类器官中，单独使用 LNP-sup-tRNA 或 Trikafta（福泰制药研发的囊性纤维化治疗药物，于 2019 年获美国 FDA 批准上市）效果有限，而联合使用可恢复 CFTR 功能，二者的作用机制具有互补性——sup-tRNA 先恢复全长 CFTR 蛋白的合成， Trikafta 再帮助其蛋白折叠、转运并改善离子通道活性。这一结果展示了一种有前景的协同治疗策略，并凸显了联合疗法在挽救复杂 CFTR 基因型的重要性。

化学修饰的 sup-tRNA 通过 LNP 递送用于肺部无义突变修复

总的来说，该研究建立了一种化学修饰、非病毒递送的 sup-tRNA 平台，用于修复致病的无义突变。位点特异性的 m1A57/58 修饰为增强 sup-tRNA 的活性、持久性和耐受性提供了化学策略，而 TTP-3 LNP 则表明了针对结构化 tRNA 治疗药物进行货物特异性递送设计的重要性。核酸适配体标记方法进一步提供了一种通用手段，用于在体内追踪 tRNA 的生物分布和靶向特定细胞类型。这些发现为未来基于 tRNA 的药物开发提供了广泛适用的工程学见解。

论文通讯作者李博文教授表示，团队目前正在致力于将 sup-tRNA 平台推广到其他器官，为不同器官专门设计递送系统。此外，同一种 PTC 可能出现在许多不同基因中，导致影响肺部、大脑、肌肉及其他组织的疾病，团队的长期目标是开发能识别这些共同 PTC 的 tRNA 药物，从而让一种治疗策略应用于多种不同的遗传疾病。

值得一提的是，Science期刊同期发表了 mRNA 技术先驱、诺奖得主Drew Weissman的评论文章：Rethink the cargo, rethink the carrier。

在当前的 RNA 治疗领域，tRNA所占的市场份额相对较小。然而，tRNA 的医学潜力几十年来一直受到认可。tRNA 通过将 mRNA 序列翻译成氨基酸序列，促进蛋白质合成。基于 tRNA 的治疗目标之一是纠正导致蛋白质生成异常的基因突变。经过改造的抑制性tRNA（sup-tRNA）能够将突变 mRNA 中的提前终止密码子（PTC）转化为所需的氨基酸，从而恢复其正常翻译，生成完整蛋白质。对于约 10% 由异常终止密码子引起的遗传疾病而言，sup-tRNA 是一种潜在治疗方案。李博文等人报道了对 tRNA 进行重新设计，并定制 LNP 以递送 tRNA，从而在囊性纤维化动物模型和类器官模型中提高 sup-tRNA 的治疗效果。这一发现为遗传疾病的 tRNA 药物治疗迈出了令人鼓舞的一步。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb0054

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aek3835