北京時間2022年3月24日，Nature在線發(fā)表了美國麻省大學T.H.Chan醫(yī)學院研究人員最新論文——”AAV-delivered suppressor tRNA overcomes a nonsense mutation in mice”。

該論文報道了首次研發(fā)重組腺相關(guān)病毒（rAAV）體內(nèi)遞送無義突變抑制性tRNA治療平臺（AAV-NoSTOP）的研究，極大地擴展了基因治療藥物的應用策略。

高光坪教授、王丹教授為論文共同通訊作者，王家明、張躍和Craig A. Mendonca為共同第一作者。

常規(guī)的基因治療是將正常基因的cDNA序列或是有治療價值的基因（例如，CRISPR相關(guān)的基因編輯工具）通過一定的方式導入人體靶細胞內(nèi)，達到替代或者修復內(nèi)源缺陷基因、治療疾病的目的。遞送基因非生理水平或者異位表達都可能會導致毒性副作用。盡管基因編輯可以實現(xiàn)生理水平的基因表達水平，但基因編輯工具的編碼基因過大和免疫原性仍然是巨大的挑戰(zhàn)。

無義突變，即蛋白編碼序列中，有義密碼子變?yōu)樘崆敖K止密碼子 (premature termination codon，PTC) 的 DNA 突變，引發(fā)了大約11%的人類遺傳病。抑制性 tRNA (suppressor-tRNA) 能夠誘導無義突變的通讀，它與天然 tRNA 的序列大部分相同，但它的反密碼子（anticodon）通過堿基配對原則可以識別終止密碼子（UAG, UGA, UAA) 。因此當核糖體在翻譯過程中遇到 PTC 時，sup-tRNA可以引入對應的氨基酸到正在合成的肽鏈中，誘導通讀從而獲得有功能的全長蛋白。

課題組首次成功地利用重組腺相關(guān)病毒將sup-tRNA導入體內(nèi)，誘導蛋白翻譯在無義突變處的通讀，在黏多糖貯積癥I型（mucopolysaccharidosis type I，MPS-I，Hurler綜合征）UAG無義突變小鼠模型上取得了長期穩(wěn)定安全的療效。MPS-I是由于溶酶體中α-L-艾杜糖醛酸酶（α-L-iduronidase，IDUA）活性降低或缺乏，導致黏多糖無法在溶酶體中分解，逐漸貯積，造成多系統(tǒng)異常。這種遺傳病的發(fā)病率大約在十萬分之一。MPS-I UAG無義突變小鼠模型可以很好地模擬病人表型，并且成熟的生化指標測量實驗能夠方便地定量研究AAV-NoSTOP在全身各組織器官中的效率，驗證這項治療平臺的療效及安全性。

研究人員通過改造近同源的tRNA得到能夠荷載相應氨基酸的sup-tRNA，首先通過體外報告基因?qū)嶒炞C實了sup-tRNA對PTC的有效通讀和相應氨基酸在翻譯過程中的插入；其次，在病人成纖維細胞中的研究表明，與誘導通讀的氨基糖苷類藥物遺傳霉素G418相比，sup-tRNA更加高效地特異性誘導UAG無義突變的通讀，且在正常終止密碼子處發(fā)生通讀的概率更低；第三，重組腺相關(guān)病毒遞送的sup-tRNA可以在全身多個組織器官中恢復部分α-L-艾杜糖醛酸酶活性，降低粘多糖過度貯積。長程跟蹤實驗顯示，重組腺相關(guān)病毒遞送的sup-tRNA的療效可以持續(xù)超過半年以上；第四，sup-tRNA的治療沒有影響體內(nèi)內(nèi)源的tRNA穩(wěn)態(tài)，病理學研究以及小鼠的生理生化指標均正常，說明rAAV-sup-tRNA是一種較為安全的基因治療策略。

圖：a. 抑制性tRNA通過堿基配對原則識別終止密碼子并引入氨基酸到正在合成的肽鏈中；b. 與氨基糖苷類藥物遺傳霉素G418相比，抑制性tRNA在正常終止密碼子處誘導通讀的可能性更低（紅色曲線）。

美國在1983年頒布的《孤兒藥法案》中，首次提出了罕見病的概念。據(jù)統(tǒng)計，我國有近7000種罕見病，保守估計患者在2000萬以上。罕見病中的絕大部分為遺傳病，傳統(tǒng)的藥物對這些疾病療效有限，基因治療的出現(xiàn)為這些疾病的治愈帶來了希望。

“rAAV轉(zhuǎn)導的sup-tRNA是一種全新的翻譯通讀治療策略，適應癥廣泛，有文獻報道，已在近1,000個不同的人類基因中發(fā)現(xiàn)了7,500多個無義突變；如果為每一種無義突變引起的疾病設(shè)計獨特的基因治療策略，這將是一項耗費驚人的項目。而我們開發(fā)的sup-tRNA通讀治療策略，同一種sup-tRNA有可能對許多種不同的，但由同一種PTC引起的疾病起效；并且能夠在無義突變處精確引入與正?；蚓幋a的相同的氨基酸或是需要的氨基酸。與傳統(tǒng)的基因替代療法相比，rAAV轉(zhuǎn)導的sup-tRNA策略無需提供可能超過rAAV包裝限制的、可能引發(fā)免疫反應或具有細胞毒性的外源蛋白基因，是一種非常有價值的基因治療新策略?！?論文第一作者張躍評論道。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04533-3

來源：科學網(wǎng)