新冠疫情的爆发与持续让mRNA疫苗等创新性技术加速进入了临床应用，相应的脂质纳米颗粒（LNP）药物递送技术也迎来了高光时刻，已获批使用的mRNA疫苗均使用了LNP系统。波士顿塔夫茨大学（Tufts University）的许巧兵教授与其团队一直致力于组织靶向性LNP递送系统的开发及其在多种疾病治疗中的应用，团队研发了一系列能够将mRNA及CRISPR-Cas基因编辑器精准递送到特定的器官、组织甚至是细胞中的LNP，通过提高LNP的靶向性，增强药物疗效，减少药物对其他健康器官的毒副作用，开发精准基因治疗药物。

来源：PNAS

2月22日，PNAS杂志最新发布了一项由许巧兵教授领导的与哈佛医学院和麻省大学团队的合作研究。在这项研究中，研究团队开发了一种肺靶向的LNP，把编码正常Tsc2基因的mRNA特异性地递送到Tsc2功能缺失的TTJ细胞中，用于由Tsc2基因突变引起的淋巴管肺肌瘤（LAM）的治疗。

LAM是一种肺部罕见病，该研究的合作者、哈佛医学院的Henske教授团队发现Tsc2基因变异会让患者的肺部平滑肌组织过度生长，进而形成囊肿，引发淋巴管肺肌瘤。在这项研究中，科学家们发现，通过肺靶向LNP把正常的Tsc2基因直接递送到LAM疾病小鼠肺部TTJ细胞中，可以显著缩小小鼠肺部的囊肿。

hLNP使mRNA在体内特异性传递到TTJ肿瘤细胞中(来源：PNAS)

装载TSC2 mRNA 的hLNP在抗肿瘤生长方面的治疗作用(来源：PNAS)

许巧兵教授表示：“这个效果非常显著，通过LNP递送的mRNA药物可能会成为治疗LAM这一严重肺部疾病的有效手段，我们希望在不久的将来能进一步把这种治疗方案推进临床。”

事实上，这项新成果是基于许巧兵教授团队多年来的持续创新研究。之前，他们已经研发出了可以将基因编辑系统特异性递送到免疫细胞、肝脏甚至穿越血脑屏障进入到大脑目标区域的LNP递送系统。

LNP本质上就是微小的脂质囊泡，一般由合成脂质和一些其他分子（如胆固醇、磷脂和聚乙二醇）组装而成。其中，核心组分-合成脂质通常是由一个亲水头部结构，疏水的脂质尾部结构，以及链接头部和尾部的一个连接基团（linker）构成。

N-series LNPs（尾部含有酰胺键）的合成及体内筛选（来源：PNAS）

在该研究中，研究者们发现，通过简单的将合成脂质化合物分子的中间连接基团由酯键变为酰胺键，即可将LNP的器官靶向性由肝靶向转变为肺靶向。

治疗应用方面，在该研究中，研究者们选择将一个编码正常蛋白的mRNA递送到基因缺失的病变细胞中，进而使病变细胞生产正常的蛋白，最终达到治疗疾病的目的。不过，这种mRNA疗法也有不足：不能一次性根治疾病，需要重复给药。那么，是否可以通过递送CRISPR-Cas基因编辑器到病灶部位，开发一种只需单次治疗的“一劳永逸”的基因编辑疗法来治疗LAM呢？

该研究的第一作者，许巧兵教授团队的博士后研究员邱敏博士（现已全职加入复旦大学人类表型组研究院任独立课题组长）表示：“其实，我们已经可以把CIRSPR-Cas9基因编辑系统递送到肺部，但是特异性还不够好，仍然有一小部分被肝脏摄取，这可能主要是因为共包载Cas9 mRNA 和sgRNA会在一定程度上影响LNP的理化性能，进而影响其肺部靶向性。但我们坚信，只要对LNP的配方进行适当的优化调整，即可实现对CRISPR-Cas9基因编辑系统的肺特异性递送。”

LNPs上形成的蛋白质冠的蛋白质组学研究（来源：PNAS）

另外，值得一提的是，在此项研究中，研究者们还发现LNP注射到血液中后，会特异性地吸附血浆中的蛋白质，进而在其表面形成一层”蛋白冠“，这些吸附在LNP表面的蛋白质将起到靶向的作用，将LNP靶向至特定的组织、器官或者细胞。通过对肝靶向和肺靶向LNP表面的蛋白冠成分进行分析，科学家们鉴定出了14种可能影响LNP肺靶向性的蛋白质，如白蛋白、ApoE、纤维蛋白原β和纤维蛋白原γ等。但是，到底是哪种或者是哪些蛋白质起了决定性作用还有待进一步的研究。

许巧兵教授说：“我们对LNP的组织靶向性机理非常感兴趣，我们也确信一定能揭示LNP的靶向机制，但是要从众多的蛋白质中找出起靶向作用的蛋白质是一个不断试验和试错的过程。我们将继续深入研究，力争在不久的将来开发出更多更好的基于LNP的mRNA药物。”

目前，许巧兵教授团队正在进一步筛选更多的头部、尾部和连接基团的不同组合，以及LNP的配方组成，以期开发出能靶向其他不同器官或组织的LNP递送系统。此外，据了解，许巧兵教授已经成立了Hopewell Therapeutics, 以此类器官细胞靶向型脂质体递送技术为基础，期待能完成技术转化，帮助更多的患者。

参考资料：

[1] Min Qiu et al. Lung-selective mRNA delivery of synthetic lipid nanoparticles for the treatment of pulmonary lymphangioleiomyomatosis. PNAS(2022).

[2] Unique Nanoparticles Enable PrecisionTargeting of Drug Directly into the Lungs(来源：Tufts University)