致力于first-in-class tRNA疗法开发的药物研发公司hC Bioscience正在推进两个互补的平台。被称为PTCX (“Patch”)的平台被用于修复因无义突变（nonsense mutation，即某种氨基酸的密码子突变为终止密码子，导致肽链合成过早终止，相应蛋白不完整及功能失调）”或“过早终止密码子（PTC）”导致的蛋白质功能障碍，这种突变与10%-15%的人类疾病相关。PTCX平台是利用工程化tRNA识别mRNA转录本中的这种无义突变（nonsense mutation），通过插入一个氨基酸来抑制这种错误，从而保证正确的全长蛋白的产生。

由于许多疾病共享相同的过早终止密码子，因此，理论上，相同的抑制性tRNA 可以治疗多种疾病（来源：hC Bio）

hC Bio正在开发的另一个基于tRNA的平台叫SWTX (“Switch”，下图)，用于针对由错义突变引起的疾病。错义突变是编码某种氨基酸的密码子经碱基替换以后，变成编码另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。错义突变的结果通常能使多肽链丧失原有功能，许多蛋白质的异常就是由错义突变引起的。SWTX被设计用于标记致病蛋白，以便进行破坏。

来源：hC Bio

hC Bio总部位于马萨诸塞州，技术源自爱荷华大学（University of Iowa）的Christopher Ahern教授实验室，Ahern教授及其合作伙伴先前开发出了针对人类过早终止密码子（PTC）驱动疾病的工程化tRNA。hC Bio希望tRNA疗法能够到达其它疗法没能到达的医学领域，公司的初步重点是癌症和罕见病。

在完成A轮融资的同时，hC Bio还组建了科学顾问委员会，诺贝尔生理学或医学奖得主Craig C. Mello教授将担任委员会主席。Mello教授表示，hC Bio基于tRNA的技术有望带来一种全新的RNA疗法。

表1 tRNA疗法领域部分玩家

数据来源：公开资料及Nature Biotechnology；QiXiaDecode Therapeutics未查询到公开LOGO

tRNA是2021年RNA疗法领域的融资“新星”，全年共有3家公司完成融资，包括7月完成1.12亿美元B轮融资的Shape Therapeutics、10月完成8000万美元B轮融资的ReCode Therapeutics以及11月完成5000万美元种子轮融资的Alltrna。基于这种融资热潮以及hC Bio最新的融资进展，Nature Biotechnology于近日发表了题为“tRNA therapeutics burst onto startup scene”的报道。

来源：Nature Biotechnology

始于40年前

作为mRNA翻译过程中的一种辅助性分子，tRNA携带着特定的氨基酸，通过反密码子与mRNA链上的密码子结合，将对应的氨基酸转移到核糖体中，完成肽链的延伸。

利用抑制性tRNA来治疗人类疾病的想法可以追溯到大约40年前。1982年，来自加州大学旧金山分校Yuet Wai Kan实验室的研究人员发现，一种能够读取过早终止密码子（PTC）的人类tRNA可以帮助青蛙卵恢复全长蛋白质的生产。到2000年代早期，科罗拉多大学的研究人员在转基因小鼠身上验证了这种方法；此外，来自Ott Institute of Obstetrics and Gynecology的研究小组使用突变的抑制性tRNA在肌肉萎缩症小鼠模型中实现了低水平的疾病矫正。但Ott研究所基因治疗专家Anton Kiselev表示，由于当时其他的治疗策略（如基因替换）在小鼠身上产生了更好的结果，因此，他的团队像该领域的大多数其他团队一样，放弃了tRNA方法。

之后，tRNA疗法研究进展停滞。直到2014年，葡萄牙癌症遗传学家Carla Oliveira领导的研究小组发现，抑制性tRNA具有治疗或预防无义突变（nonsense mutation）引起的遗传性癌症综合症的潜力。遗憾的是，这一成果当时也没有引起学术界及投资者的广泛关注[1]。

研发热潮渐起

不过，这种情况很快有了转变。几年前，Shape Therapeutics、Tevard Biosciences等公司均在抑制性tRNA开发方面进行了布局。Shape正在开发治疗Rett综合征的抑制性tRNA，该疾病是一种神经发育障碍，由MECP2基因的无义突变（nonsense mutation）导致。

Tevard的目标是Dravet综合征（一种罕见的癫痫，主要由钠通道基因SCN1A的杂合子功能缺失突变引起），公司早期聚焦碱基编辑疗法，2017年，RNA生物学家Jeff Coller与细胞和分子生物学家Harvey Lodish的一次邂逅改变了该公司的想法。Coller当时已经证明，特定基因转录本中密码子丰度与细胞中相应tRNA浓度之间的平衡可以极大地改变蛋白质的表达水平。他与Lodish意识到，Tevard可以利用这些知识开发增强性（enhancer）tRNA疗法，来治疗Dravet综合征。

增强性tRNA疗法机制（来源：Tevard）

Tevard的CEO Daniel Fischer 称，利用三种增强性tRNAs的混合物（鸡尾酒疗法），Tevard能够在不显著改变其他非靶基因表达的情况下，将SCN1A的功能性拷贝在受影响细胞中的产力提高近一倍。不过由于增强性tRNA疗法依赖于功能性基因拷贝，因此，对于25% SCN1A基因出现“过早终止突变子（PTC）”的Dravet综合征患者，这类疗法并不适用，Tevard也在为这类患者开发抑制性tRNA疗法。

为了开发抑制性tRNA项目，Tevard获得了Christopher Ahern教授及其前博士后John Lueck 2019年1篇论文相关的知识产权的授权[2]，Ahern教授和Lueck建立了一个包含数百个ACE-tRNAs（anticodon-edited tRNAs，反密码子编辑的tRNAs）的文库，每一个ACE-tRNA都能抑制过早终止密码子(PTC)突变，准确地融合所需的氨基酸。

根据Nature Biotechnology报道，Ahern教授除了是hC Biosciences的科学联合创始人（hC Bio授权了Ahern教授相关专利的其它应用），现在也是Tevard的顾问。

优势与挑战

致力于RNA疗法开发的Arcturus Therapeutics也在与来自德国University of Hamburg的生物化学家Zoya Ignatova合作开发抑制性tRNA疗法。他们未发表的数据表明，正常的终止信号受抑制性tRNA影响非常小。

除了初步显现的安全性特征，与其他类型的基因疗法、RNA疗法相比，tRNA疗法还有一些关键优势。“一方面，基于抑制性tRNA的治疗具有通用性，对于过早终止密码子（PTC）是普遍适用的；另一方面，tRNA本身很小，因此在递送方面不会遇到像利用病毒递送某些完整基因或者CRISPR酶一样的尺寸限制。”北京大学化学生物学家夏青教授说道。

由夏青教授创办的启夏解码（QiXia Decode Therapeutics）正在专注于利用工程化tRNA–酶（tRNA–enzyme pairs）治疗无义突变（nonsense mutation）引起的肌肉营养不良和癌症[3]，该公司迄今为止已经筹集了1600万美元。

抑制性tRNA的另一潜在优势是，在修复蛋白活性的同时不会引发蛋白过表达，这很重要，因为一些蛋白的过表达会引发新的问题。“举例来说，对于Rett 综合征患者，如果靶蛋白过表达可能会神经元产生毒性。” Shape Therapeutics的CSO David Huss说道。

当然，tRNA疗法的开发也面临着多方面的挑战。hC Bioscience的联合创始人、总裁兼首席执行官Leslie Williams认为，递送是最大的挑战。目前来说，腺病毒载体和脂质纳米颗粒依然是大多数开发tRNA疗法的公司选择的递送系统，一些基于DNA质粒的递送系统学术研究也在进行中。

许多疾病，无论是罕见的还是常见的，都源于相同的无义突变（nonsense mutation），即某个氨基酸的密码子突变成了终止密码子。Alltrna等公司设计的tRNA能够特异性地读取这些过早终止密码子，递送所需的氨基酸，从而恢复全长蛋白质的生产。Alltrna表示，这种治疗机制为通过开发单一的tRNA药物来治疗具有相同基因突变的数千种疾病带来了前所未有的机会。

总结来说，尽管目前还没有tRNA疗法进入临床，但理论上，单一的抑制性tRNA可能能够治疗数千种不同的由相同类型无义突变（nonsense mutations）导致的罕见遗传性疾病。如果这种治疗策略能够安全进行，将为一类全新的疗法打开大门。此外，在未来，增强性tRNA疗法也值得期待。

• 优势与挑战

最近几年，tRNA疗法领域热度明显攀升。如我在Nature Biotechnology采访中所说，相比基因疗法、mRNA疗法等，tRNA疗法有两个方面明显优势：1）对于同一种类型的无义突变，tRNA疗法具有通用性。举个例子，对于编码谷氨酰胺的密码子CAG突变成TAG，导致无义突变造成的蛋白翻译终止，我们可以用一种携带谷氨酰胺并且识别提前终止密码子TAG的工程化tRNA，就能尝试治疗CAG无义突变导致的近三千种单基因遗传病。2）从大小来看，tRNA疗法的递送可能会更为灵活。

总体来说，tRNA疗法领域目前还处于临床前研究阶段，还没有公司有项目申报临床，这类疗法想要进一步获得突破，仍有多个挑战亟需克服，如：1）带修饰的核苷酸合成；2）修饰碱基与功能的关系，这两个问题需要科学家们继续突破。

• 原创成果及转化

2015年1月，我从哈佛医学院访学回国，开始从事基因密码子系统治疗无义突变的研究，会涉及到改造正交系统中tRNA结构的工作，同时也开始关注体内tRNA的结构决定功能的分子机制。

Nature Biomedical Engineering杂志上发表了利用“tRNA-酶”疗法恢复小鼠模型肌肉功能的研究[3]。团队扩展了基因密码子扩展系统的PylRS-tRNAPyl正交对，使得这套工具可以匹配单基因病的三种无义突变类型，且不会对在体的原有20 种氨基酸的代谢产生影响；然后在患者分离的肌肉干细胞和DMD疾病模型小鼠上，分别验证了该方法的有效性。

在递送方面，我们利用AAV 作为载体构建了 AAV-PylRS-tRNAPyl系统，用腹腔注射和肌肉注射两种方式，分别评价了在 DMD 疾病模型小鼠上的全身/局部治疗效果，证明该方法在临床治疗方面有很大开发潜力。

参考资料：

[1] Renata Bordeira-Carri?o et al. Rescueof wild-type E-cadherin expression from nonsense-mutated cancer cells by a suppressor-tRNA. European Journal of Human Genetics(2004).

[2] John D. Lueck et al. Engineered transfer RNAs for suppression of premature termination codons. Nature Communications(2019).

[3] Ningning Shi et al. Restoration of dystrophin expression in mice by suppressing a nonsense mutation through the incorporation of unnatural amino acids. Nature Biomedical Engineering (2021).

[4] hC Bioscience Announces $24 MillionSeries A Financing to Develop Innovative Pipeline of Protein-Editing Therapies(来源：GLOBE NEWSWIRE)

[5] Takeda, Arch back hC Bioscience with $24M for transfer RNAs, following Flagship into the field（来源：FierceBiotech）

[6] tRNA therapeutics burst onto startup scene（来源：Nature Biotechnology ）

4# Faze Medicines Launches With $81 Million Series A Financing to Leverage New Biology of Biomolecular Condensates to Treat Disease（来源：Faze Medicines）

5# Nereid Therapeutics Launches: ATP $50M Series A NewCo Co-Founded with Brangwynne, Pioneer of Biomolecular Condensates Field（来源：Nereid Therapeutics）

6# 奕拓医药完成B轮融资，加速蛋白液-液相分离技术平台建设和 “不可靶向” 靶点创新药物的开发（来源：奕拓医药）

7# 奕拓医药宣布与罗氏上海创新中心达成研发合作协议（来源：奕拓医药）

8# Bayer makes first move into condensates（来源：Nature Biotechnology）