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超过10%的遗传病是因为基因突变导致无法生成完整的蛋白，一种称为抑制tRNA（suppressor tRNA）的技术能够帮助克服这些突变，并且恢复正常蛋白的生产。虽然这项技术已经有接近40年的历史，但是近年来，生物技术公司才开始关注这一技术的开发，并计划使用它治疗囊性纤维化、杜氏肌营养不良（DMD）、Rett综合征等遗传疾病。日前，美国化学会（ACS）旗下的C&EN杂志上发表的一篇文章对这一技术进行了介绍。
什么是抑制tRNA？
tRNA的全称是转运核糖核酸，它是细胞蛋白合成机制的一部分，tRNA可以“读出”mRNA上由三个核苷酸构成的密码子（codon），然后将与之对应的氨基酸运送到核糖体中，加入到不断生成的多肽链上。这个过程会不断进行，直到核糖体遇到终止密码子，这时候核糖体就会从mRNA上脱落，完成蛋白的合成。
然而在有些情况下，基因突变会将原本编码氨基酸的密码子变换成终止密码子，这导致蛋白合成的过早终止，生成的蛋白功能缺失。
而抑制tRNA能够克服这些提早出现的终止密码子，它们与这些错误的密码子结合之后，不会导致蛋白合成的停止，反而在终止密码子的位置加上正确的氨基酸，这让蛋白合成顺利完成。
▲抑制tRNA的作用机制（图片来源：参考资料[1]，Credit: Ryan Cross/C&EN）
抑制tRNA的优势
通过改造tRNA来治疗遗传病的理念已经有接近40年的历史，然而最近它才得到学术界和生物技术公司的关注，此前的大多数努力专注在基因疗法或基因编辑的开发上。这两种策略已经取得了长足的进步，然而它们并不是万能的。
以遗传病Dravet综合征为例，产生突变的SCN1A基因编码的钠离子通道水平受到严格的调控，基因疗法表达的蛋白水平太高或者太低都可能产生风险。而且SCN1A基因很大，目前用于递送基因疗法的病毒载体无法容纳。病毒载体载荷的问题也影响到其它遗传病的基因疗法开发，比如，治疗DMD的基因疗法目前也无法装载整个表达抗肌萎缩蛋白的基因，而是删减版的迷你抗肌萎缩蛋白基因。
CRISPR基因编辑除了也受到病毒载体载荷的限制外，会对DNA产生永久的改变，它的潜在“脱靶效应”一直是人们关注的问题。
▲tRNA结构（图片来源：Yikrazuul, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons）
抑制tRNA的优势在于它不需要改变DNA，而是在蛋白生成的步骤纠正错误。它的另外一个优势是一旦成功，同一款抑制tRNA具有治疗多种遗传疾病的潜力。比如，一个常见的基因突变将编码精氨酸的密码子CGA变成UGA，形成一个终止密码子。抑制tRNA能够识别UGA并且加上正确的精氨酸。这种抑制tRNA可以用于纠正不同基因上出现的因为CGA变成UGA产生的终止密码子，从而治疗多种遗传病。
抑制tRNA需要解决的挑战
然而抑制tRNA的应用需要解决两个重要的挑战：首先要证明这些改造的tRNA的安全性，其次需要将它们成功递送到体内。
抑制tRNA的安全性一直是科学理念上难于跨越的障碍。比如，上面提到的UGA是Dravet综合征中经常过早出现的密码子，但是在其它上千种基因中，同样的UGA序列却是正常出现的密码子。那么，抑制tRNA会不会跟这些正常的密码子结合，在正常蛋白后面加上一堆乱七八糟的氨基酸呢？
“人们预计抑制tRNA会把细胞搞得一团糟。”致力于开发这一疗法的ReCode Therapeutics公司的联合创始人Arthur Johnson教授说，“可是事实上这没有发生。”
图片来源：123RF
科学实验发现，在没有抑制tRNA的情况下，正常细胞中的核糖体也有大约1%的几率会通读正常的终止密码子，而在加入抑制tRNA之后，这个比例并没有提高多少。目前，科学家还没有完全理解为什么抑制tRNA似乎更倾向与提前出现的终止密码子结合，但是他们认为这可能与密码子周围的mRNA序列相关。正常的终止密码子和周围的mRNA序列一起募集相关蛋白终止转译过程。
而且，如果核糖体出现通读正常终止密码子的情况，细胞中的蛋白质量检测系统还能够降解生成的蛋白，提供了一个保险措施。不过，这些措施并不能确保抑制tRNA的安全性，最终它们的安全性还需要临床试验的验证。
另外，将足够浓度的抑制tRNA递送到体内仍然是一个挑战，目前开发这类疗法的公司采用两种策略：将tRNA分子包装在脂质纳米颗粒，或者像腺相关病毒（AAV）载体这样的病毒载体中。病毒载体的策略可能像基因疗法一样具有一次治疗，长久表达tRNA的潜力，而脂质纳米颗粒可以对药物剂量进行更好的控制。
随着RNA技术和脂质纳米颗粒递送在新冠疫苗上的突破，RNA在治疗其它疾病上的潜力正在受到越来越多的关注。近期， ， ，和Tevard三家初创公司总计募集了超过2.4亿美元的资金，用于开发抑制tRNA疗法。我们期待在资本的助力下，这一创新治疗模式能够早日发挥出它的潜力。
参考资料：
[1]. tRNA therapies could help restore proteins lost in translation. Retrieved September 25, 2021, from https://cen.acs.org/pharmaceuticals/drug-discovery/tRNA-therapies-help-restore-proteins/99/i34
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