摘要：在基因表达的调控过程中，mRNA 的稳定性和翻译效率起着至关重要的作用。mRNA 在转录完成后，其 3'端通常会附加一段由腺嘌呤组成的 Poly(A)尾巴，该结构能够增强 mRNA 的稳定性并促进蛋白合成。然而，在细胞质中，Poly(A)尾巴会逐渐缩短，最终导
在基因表达的调控过程中，mRNA 的稳定性和翻译效率起着至关重要的作用。mRNA 在转录完成后，其 3'端通常会附加一段由腺嘌呤组成的 Poly(A)尾巴，该结构能够增强 mRNA 的稳定性并促进蛋白合成。然而，在细胞质中，Poly(A)尾巴会逐渐缩短，最终导致 mRNA 降解，从而限制蛋白的表达量。而很多疾病的特征是特定细胞蛋白水平过低。
为解决这一问题，约翰霍普金斯大学医学院的研究团队提出了一种创新性 RNA 疗法——mRNA 增强剂。该策略通过设计特异性短链 RNA，使其结合目标 mRNA 的3'非翻译区（3'UTR），并携带人工合成的 Poly(A)尾巴，以延长 mRNA 的半衰期并增强其翻译效率。研究人员在体外实验中验证了这一策略的可行性。在 HEK293 细胞和神经母细胞瘤 SH-SY5Y 细胞中，mRNA 增强剂显著提高了 SYNGAP1、MECP2 等基因的 mRNA 水平，蛋白表达提升幅度可达 1.5 至 4 倍。相关成果以“Use of polyadenosine tail mimetics to enhance mRNA expression from genes associated with haploinsufficiency disorders”为题发表在 Molecular Therapy Nucleic Acids。
这项技术的核心在于人工 Poly(A)尾巴——一段由腺嘌呤组成的 RNA 序列。天然 mRNA 的 Poly(A)尾可延长其稳定性并促进翻译，但随着时间推移，尾巴逐渐缩短，触发 mRNA 降解。研究团队设计了一种短链 RNA 分子，其包含与目标 mRNA 的 3'非翻译区（3'UTR）互补的“引导序列”及人工合成的 Poly(A)尾。当两者结合时，增强剂能模拟天然 Poly(A)尾的功能，延长 mRNA 寿命，使蛋白产量提升 1.5 至 4 倍。
图 | mRNA 增强剂的基本设计示意图
为验证效果，团队针对 MECP2（与 Rett 综合征相关）、SYNGAP1（导致智力障碍）等基因设计增强剂。在人类神经细胞实验中，SYNGAP1 的 mRNA 水平提升 4 倍，蛋白表达显著增加。小鼠实验中，通过脂质纳米颗粒（LNP）递送增强剂至肝脏和大脑，MECP2 蛋白水平提高 1.5 倍，SYNGAP1 在海马和皮层等脑区的表达亦明显上升。值得注意的是，增强剂未引发炎症反应或非靶向效应，展现出良好的安全性。
图 | 增强剂技术能够有效提升小鼠体内 Mecp2 基因表达，且无炎症反应。
研究团队接下来验证了增强剂的广泛适用性。针对调控细胞黏附与神经发育的 CTNNB1 基因（编码 β-连环蛋白），他们设计了五组靶向其 3’UTR 不同位点的增强剂。实验显示，在 HEK293 细胞中，靠近 3’末端的增强剂（CB7）效果最佳，使 β-连环蛋白水平提升 2 倍；在 SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞中，下游 Wnt 信号通路的关键靶基因 EN2 和 DKK1 也同步上调，证实功能恢复。更令人瞩目的是，在人诱导多能干细胞（iPSC）分化的神经元中，增强剂通过脂质纳米颗粒递送后，β-连环蛋白水平仍稳定提高 1.5 倍，为修复神经回路缺陷提供了直接证据。
对于大脑特异性表达的 SYNGAP1 基因（突变导致自闭症与癫痫），团队采用颅内注射突破血脑屏障限制。通过柔性纳米导管将增强剂精准递送至小鼠海马体，48 小时后检测发现，海马与皮层的 Syngap1 蛋白水平提升 2-3 倍，mRNA 增加 1.5 倍，而小脑因天然低表达未受影响。这种区域性调控优势，为治疗脑部疾病提供了重要参考。
为确保疗效持久性，团队对增强剂进行化学“武装”：在 RNA 链首尾添加 2’-O-甲基与磷硫酰键修饰，使其抗核酸酶降解能力显著增强。体外实验中，修饰版增强剂在神经细胞中可维持活性超过 7 天，而未修饰版本 48 小时后即失效。电泳迁移实验进一步显示，化学修饰未影响其与 Poly(A)结合蛋白（PABPC1）的亲和力，证明“稳定”与“高效”可兼得。
图 | 化学修饰提升稳定性
mRNA 增强剂相较于传统的基因编辑或病毒载体基因治疗，具有诸多优势。它不改变基因组序列，避免了基因编辑可能带来的不可预测突变风险；并且它能够精准调节蛋白表达水平，降低过表达导致的毒性反应；该策略采用 RNA 递送，不整合至基因组中，因此具有更好的可控性和安全性。此外，mRNA 增强剂的设计灵活，适用于不同的基因，可拓展至其他单倍体不足症，如 PURA、CTNNB1 相关疾病。
尽管 mRNA 增强剂技术展现出巨大的潜力，但仍需克服若干挑战以实现临床转化。
首先，递送系统的优化是关键问题之一。目前 LNP 技术虽然有效，但在不同组织和细胞中的递送效率存在差异，尤其在血脑屏障（BBB）等屏障组织的穿透能力仍需进一步提升。研究团队正在探索神经元特异性 LNP 修饰策略，以增强大脑中的 RNA 递送效率；其次，增强剂的长期稳定性仍需优化。未修饰的 RNA 在体内降解较快，而化学修饰虽能提高稳定性，但需进一步优化以确保 RNA 的生物相容性。此外，不同疾病对 mRNA 表达的需求不同，例如 MECP2 过表达可能导致毒性，因此剂量控制和个性化调控策略需进一步完善。
未来，mRNA 增强剂不仅可能应用于单倍剂量不足，还可能拓展至神经退行性疾病、代谢病和免疫缺陷病等领域。此外，该策略或可与 siRNA、反义寡核苷酸（ASO）等 RNA 疗法结合，进一步提高基因调控的精准性。
参考链接：
1. Torkzaban B, Zhu Y, Lopez C, et al. Use of polyadenosine tail mimetics to enhance mRNA expression from genes associated with haploinsufficiency disorders[J]. Molecular Therapy Nucleic Acids, 2025, 36(1).
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来源：生辉SciPhi
