胡文輝團隊開發穩定mRNA并促進其表達的新技術

　　隨著生物醫藥領域的發展，以mRNA和蛋白質為基礎的藥物，例如mRNA疫苗和抗體，已經大規模進入臨床應用，并在COVID-19大流行期間大放異彩。然而，相比于傳統藥物，這類新型大分子藥物制造起來既費時又昂貴，且產量往往不高。因此，如何低成本生產足夠數量的mRNA和蛋白質，成為了限制其發展的一大挑戰。

　　近日，美國天普大學胡文輝研究人員在 Molecular Therapy 期刊發表了題為：Protein expression/secretion boost by a novel unique 21-mer cis-regulatory motif (Exin21) via mRNA stabilization 的研究論文。

　　該研究發現了一種神奇的短核苷酸序列——Exin21，它能夠增強mRNA的穩定性，從而將其在細胞中的蛋白質產量提高數百倍。這將帶來一種通用的蛋白質生產助推器，用于以mRNA和蛋白質為基礎的生物制品、藥物和疫苗的開發。

　　蛋白質在所有生理過程和病理條件中都起著關鍵作用。在過去的三十年里，醫藥領域對生物制品的需求一直在穩步增長。然而，在許多情況下，mRNA和蛋白質的大規模生產一直因成本高昂而十分具有挑戰性。

　　長期以來，科學家們一直想方設法找到一種可以提高蛋白質產量的普適性方法，例如優化啟動子序列，引入增強子元件，密碼子優化以及添加Kozak序列、核糖體進入位點（IRES）等等。然而，即使采用了這些策略，一些蛋白質仍然保持低表達水平甚至完全不表達。

　　因此，開發新的、簡單的、通用的、能以較低成本顯著提高蛋白質產量的方法，特別是在需要大規模生產蛋白質的情況下，仍然是當前的一個研究重點。

　　在這項最新研究中，新的突破集中在Exin21上，這是一個由21個核苷酸組成的短序列，編碼一種被稱為Qα的短肽。Exin21具有一種神奇的魔力，當它被被添加到目標基因的編碼區時，可以極大地增加目標蛋白質的產量。

　　Exin21/Qα可以顯著促進HEK293T細胞中雙報告基因融合病毒蛋白的產生

　　研究團隊將Exin21插入到SARS-CoV-2的包膜蛋白（E蛋白）編碼序列和熒光素酶報告基因之間，并顯著促進了E蛋白的表達，平均增強了34倍。Exin21中的同義和非同義突變都降低了其增強能力，表明這21個核苷酸具有獨特的組成和順序。

　　進一步研究表明，除了E蛋白，添加Exin21也可以促進多種SARS-CoV-2結構蛋白（S、M、N蛋白）和輔助蛋白（NSP2、NSP16、ORF3）以及宿主蛋白（IL-2、IFN-γ、ACE2、NIBP）的產量。

Exin21/Qα具有廣泛的蛋白表達增強效果

　　此外，Exin21/Qα還可以提高假病毒和標準慢病毒的包裝效率，在人抗SARS單克隆抗體的重鏈和輕鏈上添加Exin21/Qα可顯著增加抗體的產生。這種增強的程度因蛋白質類型、細胞密度和狀態、轉染效率、分泌信號和2A介導的自切割效率而異。

　　Exin21/Qα的加入提高了人抗SARS單克隆抗體的產量

　　那么，Exin21/Qα增強蛋白表達的具體機制是什么呢？研究團隊發現，Exin21/Qα可以增加mRNA的合成，以及增強其穩定性，從而促進蛋白表達和分泌。這些結果表明，Exin21/Qα有潛力作為一種通用的蛋白質生產助推器，這對生物醫學研究和生物制品、藥物和疫苗的開發具有重要意義。

　　Exin21的加入促進了mRNA的合成，并增加了mRNA的穩定性

　　論文通訊作者胡文輝教授表示，這一發現無疑非常令人興奮，這有可能增加蛋白質的生產，從而在許多領域得到廣泛應用。這對于生產治療性蛋白質，例如抗體和mRNA疫苗，應該非常有用。

　　目前，研究團隊正在進一步優化Exin21和類似基序的使用，以增強不同類型的抗體和mRNA疫苗。盡管全面的潛在機制尚待闡明，但類似的編碼基序，如Exin24或Exin27，可能會在未來被發現。