优化合成mRNA的UTR序列与异源poly(A)尾设计：提升翻译效率与稳定性的机制研究及疫苗应用验证

本研究针对合成mRNA技术中UTR序列和poly(A)尾的优化难题，系统评估了6种5'UTR、9种UTR组合及新型A/G混合尾在体外和体内的表现。研究人员发现人α-珠蛋白5'UTR(hAg)与VP6/SOD 3'UTR组合显著提升翻译效率，开发的A/G尾在细菌模板稳定性上优于传统A30L70尾。通过SRCD结构分析、多核糖体图谱等技术，揭示了UTR结构与翻译效率的关联，并在SARS-CoV-2 Spike mRNA疫苗模型中验证了其应用潜力，为mRNA药物设计提供了新策略。

　　

在生物医药领域，mRNA技术因其快速响应和灵活设计的特性成为革命性平台，但翻译效率和稳定性仍是制约其疗效的关键瓶颈。传统poly(A)尾在质粒扩增时易截短，而UTR序列的优化缺乏系统性指导原则。这些问题直接影响mRNA药物的蛋白产量和持久性，成为制约临床转化的"卡脖子"难题。

法国国家科学研究中心分子生物物理中心（Centre de Biophysique Moléculaire CNRS UPR4301）的Ayoub Medjmedj团队在《Molecular Therapy Nucleic Acids》发表的研究中，以辉瑞-BioNTech COVID-19疫苗序列为参照，通过多维度评估体系揭示了mRNA元件优化的黄金法则。研究采用SRCD解析二级结构、多核糖体图谱分析翻译动态、FISH-Flow单细胞mRNA追踪等技术，结合LNP递送系统，在细胞模型和小鼠体内验证了优化序列的效能。

Alternative poly(A) tail

团队设计的A/G混合尾（12个AAAAAAAAAAG重复单元）在细菌质粒中保持100%完整性，显著优于传统A120尾（仅10%完整）。SRCD显示其熔解温度（Tm=69.8°C）与A30L70尾（76.6°C）相当。在HeLa细胞中，A/G尾初期翻译效率与A30L70相当，后期略低15%，但小鼠肌肉注射显示二者体内表达量差异不足10%。

5′ UTR selection

7种5'UTR的横向比较揭示：人α-珠蛋白(hAg)、合成UTR3/UTR4等帽依赖性UTR的翻译效率远超VCIP/EMCV/CrPV等IRES序列（<20%）。值得注意的是，热休克蛋白Hsp70 5'UTR在树突细胞(DC2.4)中表现优异，可能与其双重翻译启动机制相关。

Evaluation of 5′ and 3′UTR combinations

hAg 5'UTR与VP6/SOD 3'UTR组合在AB1079肌细胞中使Spike蛋白产量提升40%。多核糖体分析显示hAg-VP6 mRNA的核糖体负载量最高，而UTR4-SOD组合在MoDC中翻译效率降低50%，SRCD证实UTR4的Tm最低（59.6°C），提示结构不稳定性。

Half-life and polysome profiling

FISH-Flow证实不同UTR组合的mRNA半衰期相似，但核糖体结合率差异显著：hAg-VP6 mRNA的核糖体结合率是UTR3-SOD的4倍，印证了翻译效率差异主要源于核糖体招募能力而非稳定性。

Evaluation of therapeutic potential

在SARS-CoV-2疫苗接种模型中，hAg-VP6 mRNA诱导的IgG抗体滴度较基准提高30%，但加强免疫后所有组别中和抗体水平趋同。值得注意的是，A/G尾疫苗组显示更强的抗体反应趋势，为后续优化指明方向。

这项研究建立了mRNA元件"序列-结构-功能"的定量关系，首次证实：①A/G混合尾可解决质粒不稳定性难题；②VP6/SOD 3'UTR能突破现有疫苗的蛋白产量瓶颈；③UTR的翻译效率取决于核糖体负载能力而非稳定性。这些发现为肿瘤疫苗、蛋白替代疗法等mRNA应用场景提供了标准化设计框架，尤其对需要长期表达的遗传病治疗具有重要启示。研究揭示的UTR组合特异性效应（如UTR4在MoDC中的低效性）警示临床前需进行多模型验证，避免"优质序列"的适用性误判。