Sci Adv丨tRNA应用：让翻译RNA精准纠正无义突变，治疗杜氏肌营养不良症

杜氏肌营养不良症（DMD）是一种主要影响男孩的致命性X染色体连锁隐性遗传病，全球患病率约为每5000名男孩1例。其根本原因是DMD基因发生功能丧失性突变，导致抗肌萎缩蛋白（dystrophin）缺失，使肌细胞膜在收缩过程中失去稳定性。

患者通常出现进行性骨骼肌无力、运动能力下降、呼吸肌损害及心肌病，最终常因呼吸衰竭或心力衰竭死亡。DMD基因长达约240万碱基对，含79个外显子并编码3685个氨基酸，使全长基因难以直接装载于常用腺相关病毒（AAV）载体。

现有外显子跳跃和微型抗肌萎缩蛋白基因治疗只能覆盖特定突变或产生截短蛋白，临床上获得的抗肌萎缩蛋白水平总体较低，且尚未实现全长蛋白恢复。无义突变可将编码氨基酸的密码子变为提前终止密码子，约占遗传病致病突变的11%至20%，因此能够精准促进终止密码子通读的抑制型转移RNA（sup-tRNA）具有潜在的突变类别治疗价值。

2026年9月11日，麻省理工学院Harvey Lodish、约翰斯·霍普金斯大学Jeff Coller和特瓦德生物科学公司Peter M. Eimon团队在Science Advances上发表了题为“Engineering suppressor tRNAs for effective treatment of Duchenne muscular dystrophy”的研究论文。本研究通过大规模体外和体内筛选，鉴定出可高效通读UAA无义突变的工程化抑制型tRNA，并联合优化的AAV载体及U6-8启动子，使D2.mdx小鼠恢复全长肌营养不良蛋白并显著改善运动功能。

文章索引

【标题】Engineering suppressor tRNAs for effective treatment of Duchenne muscular dystrophy

【发表期刊】Science Advances

【发表日期】2026年9月11日

【作者及团队】麻省理工学院Harvey Lodish、约翰斯·霍普金斯大学Jeff Coller和特瓦德生物科学公司Peter M. Eimon团队

【IF】13.9

研究结果

一、未优化的亲本sup-tRNA无法在体内有效改善DMD肌肉机能

研究人员基于内源谷氨酰胺tRNA构建了仅在反密码子处引入突变的18种亲本tRNA^GlnUUA sup-tRNA分子，利用双荧光素酶报告系统和肌内注射（IM）在D2.mdx小鼠中进行初步活性筛选。

结果显示体外活性最高的亲本分子tr0524经肌肉趋向性AAV（MyoAAV2A）全身静脉注射（IV）后，即使给药剂量达4×10¹⁴ vg/kg也无法显著提升小鼠的握力与转棒协调能力，证实仅替换反密码子的亲本分子在体内缺乏足够的治疗效力。

二、诱变定向进化获得高通读活性的工程化sup-tRNA分子

研究团队构建了包含309种在反密码子环外区域带有1至4个核苷酸突变的工程化文库，并在人类胚胎肾细胞（HEK293）和D2.mdx小鼠胫骨前肌（TA）中进行多维度筛选。

表现最佳的工程化分子tr1626相比亲本tr0520仅有4处碱基差异，却在小鼠TA肌肉中将全长抗肌萎缩蛋白的表达水平提升至野生型的67.9±11.6%，实现了体内通读效率超过60倍的跃升。

三、全身递送工程化sup-tRNA实现全身多肌肉组织蛋白恢复与运动机能改善

研究人员通过IV注射递送编码中等活性工程化分子tr0904的单链腺相关病毒（ssAAV），并利用定量转运RNA测序反转录微滴式数字聚合酶链反应结合微滴式数字聚合酶链反应（ddPCR）对组织中tRNA表达和病毒载体基因组拷贝数进行定量。

毛细管蛋白质印迹法（Western blot）证实全长抗肌萎缩蛋白在心脏和多种骨骼肌中呈剂量依赖性恢复，并在给药24周后保持持久稳定，同时小鼠的四肢握力和转棒跌落潜伏期获得了显著改善，未见肝肾毒性。

四、工程化sup-tRNA对病理无义突变展现出高选择性且不干扰生理终止翻译

研究团队采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）结合数据非依赖性采集（DIA）定量蛋白质组学方法，建立了涵盖5356个天然UAA终止密码子下游潜在通读序列的定制数据库。

质谱分析显示抗肌萎缩蛋白无义突变位点下游的靶向肽段信号显著增加，而在全蛋白质组中仅检测到4个极高丰度蛋白质存在痕量3’ UTR延伸肽段，表明治疗性通读未超出内源核糖体自然错读的背景水平。

五、工程化sup-tRNA全面逆转DMD相关的全蛋白质组病理生理特征

利用DIA模式下的LC-MS/MS对小鼠股四头肌进行深度蛋白质组学分析，发现在D2.mdx小鼠中发生显著紊乱的449个差异表达蛋白在接受AAV-tr0904治疗后呈现剂量依赖性纠正。

单因素方差分析与通路富集表明，抗肌萎缩蛋白相关糖蛋白复合体、细胞骨架网络及肌肉钙离子平衡等关键病理通路的分子表达谱均显著向野生型表型回归。

六、工程化sup-tRNA有效修复肌纤维形态并减轻肌损伤

免疫组织化学（IHC）染色显示恢复的全长抗肌萎缩蛋白精准定位于心肌与骨骼肌的肌质膜上，并与层粘连蛋白（laminin）实现生理性共定位。

组织病理学定量分析表明，治疗显著逆转了D2.mdx小鼠的心肌细胞肥大表型和TA肌肉萎缩异常，同时大幅降低了表征肌纤维损伤与再生状态的中央核肌纤维比例。

七、载体架构与启动子优化实现在低病毒剂量下的功能性治愈

为了降低全身给药的AAV毒性风险，研究团队将多拷贝串联ssAAV优化为单拷贝自身互补AAV（scAAV），并筛选出转录效率更优的人U6-8 Pol III启动子，消除了串联重复序列引起的载体基因组截短异质性。

全身递送优化后的AAV-tr1626在1×10¹⁴ vg/kg剂量下，使小鼠握力完全恢复至与野生型无统计学差异水平，转棒及悬挂测试性能显著提升，以远低于现有临床微型蛋白基因疗法的转导阈值实现了卓越的治疗效果。

总结

本研究系统证明了工程化抑制型tRNA能够在体内恢复全长肌营养不良蛋白，改善DMD小鼠的肌肉功能并逆转分子和病理异常。通过载体优化和tRNA序列进化，实现了较低剂量下的显著疗效，且未检测到明显脱靶通读或毒性。这一策略为DMD及其他由无义突变导致的遗传病提供了一种全新的、可扩展的治疗平台。

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