特發(fā)性肺纖維化（IPF）是一種慢性和進(jìn)行性肺部疾病，會(huì)導(dǎo)致永久性肺功能喪失及纖維化重塑。在肺泡損傷修復(fù)過(guò)程中，肺泡II型上皮細(xì)胞（AT2細(xì)胞）是關(guān)鍵的干細(xì)胞群體，能夠在損傷后自我擴(kuò)增并分化為肺泡I型上皮細(xì)胞（AT1細(xì)胞）。鑒于AT2細(xì)胞在IPF進(jìn)程中的重要作用，維持其干細(xì)胞特性以促進(jìn)肺泡修復(fù)被視為一種有前景的治療策略。
與健康肺相比，IPF患者AT2細(xì)胞中CYB5R3的mRNA和蛋白水平均顯著下調(diào)。這種下調(diào)不僅與NAD+/NADH失衡引起的線粒體穩(wěn)態(tài)紊亂有關(guān)，還參與了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（TGF-β1）信號(hào)通路的異常激活。同時(shí)，肺纖維化病理環(huán)境中骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4（BMP4）信號(hào)持續(xù)受到抑制，促進(jìn)AT2細(xì)胞異常增殖和成纖維細(xì)胞基質(zhì)大量合成，最終導(dǎo)致瘢痕形成和肺泡塌陷。因此，提高CYB5R3和BMP4的表達(dá)水平均可能有助于恢復(fù)肺上皮細(xì)胞功能，兩者可作為候選的mRNA治療藥物。
基于mRNA的治療已在病毒疫苗、蛋白質(zhì)替代療法、基因組編輯和癌癥免疫治療等多個(gè)臨床領(lǐng)域展現(xiàn)出安全性和有效性。然而，mRNA療法高度依賴優(yōu)化的遞送載體和合適的給藥途徑。霧化吸入因操作簡(jiǎn)便、可直接靶向病灶等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是呼吸系統(tǒng)疾病臨床治療中最具前景的給藥方式之一。同時(shí)，納米顆粒遞送系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于肺部疾病治療研究。靶向呼吸上皮細(xì)胞的霧化脂質(zhì)納米顆粒（LNP）可在肺部有效累積和滯留，是實(shí)現(xiàn)基于mRNA的蛋白質(zhì)替代療法的理想選擇。但霧化過(guò)程中的強(qiáng)剪切力，以及肺部粘膜層、吞噬細(xì)胞等特異性屏障，在一定程度上限制了吸入mRNA療法的效果。
已有研究表明，采用肺表面成分作為納米顆粒涂層，可通過(guò)界面遞送改善其在黏液屏障中的擴(kuò)散，進(jìn)而更好地靶向深層肺組織并促進(jìn)上皮細(xì)胞攝取。受此啟發(fā)，研究人員將肺表面活性物質(zhì)中富含的磷脂二棕櫚酰磷脂酰膽堿（DPPC）整合到LNP組分中，制備出具有黏液滲透能力的肺表面活性物質(zhì)仿生LNP。
基于上述背景，山東大學(xué)姜新義教授團(tuán)隊(duì)在《Science Advances》上發(fā)表了相關(guān)創(chuàng)新性研究成果。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一類基于γ-氨基丁酸（GABA）的可電離脂質(zhì)，并系統(tǒng)優(yōu)化了LNP配方，通過(guò)體外篩選實(shí)現(xiàn)了高效mRNA遞送。優(yōu)化后的LNP同時(shí)封裝并遞送BMP4和CYB5R3兩種mRNA，用以調(diào)節(jié)AT2干細(xì)胞耗竭并進(jìn)行IPF治療。結(jié)果顯示，該mRNA-LNP系統(tǒng)在肺上皮細(xì)胞中介導(dǎo)了高水平的蛋白表達(dá)，擺脫了肺泡塌陷的困境，顯著延長(zhǎng)了纖維化小鼠的存活時(shí)間，為臨床治療IPF提供了一種可行的策略。
在吸入LNP的篩選與優(yōu)化過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)便的取代和酯化反應(yīng)，將烷基尾和胺基頭與γ-氨基丁酸連接鍵結(jié)合，構(gòu)建了可電離脂質(zhì)庫(kù)。隨后按照正交設(shè)計(jì)表制備LNP，所用輔助脂質(zhì)材料包括DOPE、DPPC、DSPE-PEG2000和膽固醇，主要包載EGFP mRNA或FLuc mRNA用于體外篩選及體內(nèi)吸入篩選。
研究人員對(duì)多種處方的相容性和轉(zhuǎn)染效率進(jìn)行了評(píng)估。為確定可電離脂質(zhì)GAE14的最佳配方，他們對(duì)GAE14A、GAE14E、GAE14L、GAE14M和GAE14N五種候選處方的粒徑、表面電荷、mRNA包封率及穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，霧化前后各制劑的zeta電位無(wú)顯著變化，但粒徑和多分散系數(shù)（PDI）有不同程度增加，包封率也出現(xiàn)下降。其中，GAE14M和GAE14N在霧化后能更好地保留mRNA，而GAE14N在肺上皮細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了最佳的轉(zhuǎn)染效率。綜合轉(zhuǎn)染效率和理化穩(wěn)定性等因素，研究團(tuán)隊(duì)最終選擇GAE14N處方制備LNP。為進(jìn)一步提高細(xì)胞攝取，他們用DSPE-PEG2000-NHS替代PEG脂質(zhì)，對(duì)LNP進(jìn)行肺表面活性蛋白A（SP-A）抗體修飾，獲得靶向型SLNPs。共聚焦激光掃描顯微鏡和流式細(xì)胞術(shù)分析證實(shí)，SP-A抗體修飾的SLNPs在MLE12細(xì)胞中的攝取效率更高。
經(jīng)篩選得到的最佳配方為SP-A抗體修飾的GAE14N，其脂質(zhì)摩爾比為GAE14:膽固醇:DSPE-PEG2000-NHS:DOPE+DPPC=45:25:2.5:10（其中DOPE/DPPC=3/1）。隨后，研究團(tuán)隊(duì)用該處方同時(shí)封裝BMP4和CYB5R3 mRNA，系統(tǒng)評(píng)估了其體內(nèi)外遞送效率、蛋白表達(dá)、治療效果及生物安全性。
總之，該研究成功開(kāi)發(fā)了一種可吸入LNP，實(shí)現(xiàn)了深層肺滲透和胞質(zhì)mRNA遞送，可介導(dǎo)AT2細(xì)胞中CYB5R3和BMP4的高效翻譯。該LNP通過(guò)抵抗AT2干細(xì)胞耗竭和抑制成纖維細(xì)胞異常激活來(lái)重塑肺結(jié)構(gòu)，從而有效逆轉(zhuǎn)IPF。這項(xiàng)工作通過(guò)恢復(fù)上皮干細(xì)胞功能來(lái)實(shí)現(xiàn)肺泡穩(wěn)態(tài)與修復(fù)，為解決IPF可逆治療中尚未被滿足的需求提供了一項(xiàng)創(chuàng)新方案。