研究背景
无义突变是由编码氨基酸的密码子突变为提前终止密码子（PTC）导致的，约占全部致病突变的 11%。王丹团队此前开发了AAV-NoSTOP，通过 AAV 递送抑制性 tRNA（sup-tRNA）可有效通读 UAG 无义突变，为以无义突变为病因的遗传病提供了通用型的治疗策略（Nature, 2022）。在人类致病突变中，由精氨酸密码子突变形成的 UGA 无义突变最为常见，因此开发 UGA-sup-tRNA 具有更广泛的应用潜力。然而，UGA-sup-tRNA 在 AAV 生产中会抑制AAV复制和衣壳蛋白的表达，导致载体难以有效包装。
结果与展望
在本文中，研究者首先系统性改造并筛选所有人源精氨酸 tRNA，获得高效 UGA-sup-tRNA，并通过优化其侧翼序列进一步提升功能。为解决难以包装的问题，团队在 sup-tRNA 上游引入 CuO 元件，并在包装阶段表达其抑制蛋白 CymR，成功抑制 sup-tRNA 的转录，从而显著恢复 AAV 产量。使用稳定表达 CymR 的细胞系可进一步提高包装效率和基因组完整性。该策略适用于多种 UGA-sup-tRNA 及其他 tRNA 类治疗载体。本研究还通过优化 AAV 中 sup-tRNA 双拷贝表达盒的设计，进一步提高了其基因组的同质性。
在新建立的 UGA 无义突变导致的 Hurler 综合征小鼠模型中，肌肉嗜性 MyoAAV 递送改造后的 UGA-sup-tRNA 可在注射 4 周后将心脏与骨骼肌中的 α-L-艾杜糖苷酶（IDUA）酶活恢复至正常水平的约 7–17%，并显著抑制无义介导的 mRNA 降解（NMD），且疗效可持续20周以上。在由 UGA 无义突变导致的 2 型神经元蜡样脂褐质沉积病（CLN2）模型中，同一 MyoAAV-sup-tRNA 也可在心脏和骨骼肌中将 TPP1 酶活恢复至 7–12%。治疗未引起生理或组织学异常，显示出良好的安全性与普适性。
图1. AAV-NoSTOP(UGA) 的优化及其体内治疗效果。 a. CuO 操作子与 CymR 抑制子互作，可阻断 RNA Pol III 介导的 tRNA 转录。b. CymR的表达显著抑制CuO-sup-tRNA的表达。c, d. 共转 CymR 质粒可明显提高 AAV.CuO-sup-tRNA 的包装产量。e, f. 优化双拷贝sup-tRNA表达盒提高AAV基因组同质性。g, h. MyoAAV 递送优化后的 UGA-sup-tRNA 可在 MPS I 和 CLN2 小鼠的心脏及骨骼肌中有效恢复突变蛋白的功能。
研究还发现，UGA-sup-tRNA 在心脏和骨骼肌中的水平和酰基化程度高于肝脏，并与其来源的 tRNA 异构解码子（isodecoder）的组织特异性相一致。这提示未来可通过参考内源野生型 tRNA 的特性，设计具有组织偏好性的 sup-tRNA，实现更精准的基因治疗。
作者简介
美国麻省大学医学院王丹为该论文通讯作者。王丹课题组致力于研究以AAV基因治疗，sup-tRNA的开发以及AAV载体生产平台的优化，以推动 AAV 基因治疗的发展。许梦瑶和刘浩为该论文的共同第一作者。
《自然-生物技术》Nature Biotechnology
DOI：10.1038/s41587-025-02982-5
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An engineered UGA suppressor tRNA gene for disease-agnostic AAV delivery
《自然-生物技术》
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