前沿丨LNP-mRNA胰腺靶向递送新策略，打开多种胰腺疾病治疗格局

目前，mRNA递送到肝、脾和肺以外的器官仍然具有挑战性。

而在最近，来自卡内基梅隆大学的研究团队在Science Advances杂志上发表了一篇题为“Ionizable lipid nanoparticles deliver mRNA to pancreatic β cells via macrophage-mediated gene transfer”的研究。描述了一种使用脂质纳米颗粒将mRNA有效且特异性地递送到胰腺的策略。文中称，这一策略将使糖尿病和癌症等顽固性胰腺疾病的基因疗法成为可能。值得一提的是，在这项研究中，研究人员展现了其LNP系统递送多重mRNA的能力。

胰腺mRNA递送的临床潜力已经使用病毒递送系统得到证实。例如，Gittes及其同事表明，病毒载体递送mRNA到胰腺，促使胰腺再生分泌胰岛素的β细胞，以作为自身免疫性糖尿病的治疗方法。

但值得警惕的是，病毒载体具有整合到宿主基因组中的风险，并且具有高度免疫原性，这限制了它们重复给药的能力。此外，它们在胰腺中的治疗用途需要使用内窥镜逆行胰胆管造影术通过胰管注射，有诱发胰腺炎的风险。

更安全、更高效、更多样

作为病毒基因治疗的替代方案，卡内基梅隆大学的团队开发了这种mRNA-LNP，以实现非病毒基因传递到胰腺。为了进一步减少静脉注射或胰管给药所带来的侵入性，研究人员试图将给药方式改为腹膜内注射。这是一种选择性地将药物输送到腹膜腔疾病部位（如卵巢和胰腺肿瘤）的有效策略。与静脉内给药相反，腹膜内给药可以降低全身毒性，提供更大的生物利用度；且因为腹膜腔内纳米颗粒的高保留，大大延长了与腹膜器官靶标的接触。

研究人员称，在此项研究中所使用的这种LNP制剂，能够有效且选择性地将mRNA递送到胰腺。该研究表明，通过腹膜内递送mRNA-LNPs，可以诱导胰腺中结构不同的可电离脂质的稳定蛋白质表达。该策略主要在β细胞中诱导蛋白质表达——这种位于胰岛的胰岛素分泌细胞。此外，研究人员还发现，巨噬细胞细胞外囊泡(EV)的腹膜转移促进了mRNA递送，并且其疗效与全身毒性无关。总之，这些数据表明，mRNA-LNPs是一种可行的非病毒手段，可以在难以转染的胰腺细胞中诱导蛋白质表达。

该研究将常规的静脉注射给药改为腹膜内给药，这种给药方式在临床上常规用于向腹膜癌提供化疗。研究人员称：与静脉内注射相比，腹膜内注射在疗效和特异性方面增强了mRNA向胰腺的递送。而实验结果也支持了这一结论，同时其数据证实了非病毒基因递送到胰腺的可行性。

因此，这种策略可能是治疗与高发病率和死亡率相关的胰腺疾病（如癌症或糖尿病）的可行选择。此外，迄今为止，向胰腺的基因传递主要需要通过胰管输注病毒载体，相比之下，腹腔注射可降低患者的风险。

对mRNA分子本身来说，主要关注点是如何增加mRNA的稳定性延长半衰期、提高翻译效率和降低免疫原性，

常规的静脉内给药翻译半衰期最短，约7小时，而肌肉内和皮内递送可以延长mRNA翻译，半衰期分别为20小时和30小时。

而在该研究中，实验模型在接受腹膜内mRNA给药后，胰腺中的蛋白质表达持续了至少48小时。胰腺中的总蛋白表达量是脾脏中的5.48倍，是肝脏中的24倍，是肺部的137倍。

▲ 胰腺中的蛋白质表达在注射mRNA LNP后持续至少48小时（图片来源：参考资料1）

研究人员还考虑了胰腺靶向mRNA-LNP制剂的全身免疫原性等安全性问题，经过对促炎细胞因子，肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白细胞介素-6（IL-6）和IL-2以及免疫球蛋白免疫球蛋白G（IgG）和IgM的水平的测量评估，研究人员确认，腹膜内递送mRNA-LNP不会诱发细胞因子释放综合征或组织损伤。

▲ 小鼠可以耐受胰腺靶向LNP（图片来源：参考资料1）

综上所述，使用腹膜内注射进行LNP给药可能是严重胰腺疾病的临床可行策略。

虽然递送一种mRNA可能足以用于单蛋白替代疗法，但更先进的应用，如基于mRNA的免疫疗法或再生医学，可能需要同时递送多个mRNA。例如，胰腺癌是一种非常复杂的疾病，可能需要递送多种蛋白质编码mRNA以激活肿瘤抑制信号传导并抑制致瘤途径。

在本研究中，研究人员使用优化后的LNP成功递送多达三种不同mRNA至胰腺，验证了这一递送策略的可行性。

▲ 多个mRNA可以同时递送到胰腺（图片来源：参考资料1）

研究人员还确认了LNP在腹膜内递送后到达胰腺的机制。研究人员称，LNP与腹膜腔中的B细胞，T细胞和巨噬细胞相互作用，而只有巨噬细胞对胰腺mRNA递送有明显贡献，并发现巨噬细胞所分泌的外泌体（EV）对外源性mRNA的递送有着正向影响。

这一现象在此前的研究中有类似的发现——经LNP处理过的NSC-34运动神经元样细胞分泌的EVs能有效地将沉默RNA传递到小鼠的肝脏和肠道，其剂量比LNPs低10倍。这一发现在这项研究中得到了数据支持。研究人员称，与LNPs相比，用EV实现显著的基因递送所需的sgRNA少了两个数量级。但由于RNA被动包装成EV是一种罕见的事件，还需要继续研究来阐明外源性mRNA和脂质如何被包装成EV，并为最大限度地将其转移到靶细胞的新策略提供信息。

LNP介导的mRNA递送到胰腺可以催化开发前所未有的治疗方法。

例如，将编码肝细胞生长因子（HGF）的mRNA传递给β细胞，可以为1型或2型糖尿病提供有效的治疗策略。以前的研究表明，通过转基因过表达或重组AAV载体诱导的HGF可以增加胰岛素的产生和β细胞的增殖，使小鼠对链脲佐菌素（STZ）的致糖尿病作用产生抵抗力。

同样，在邻近的α细胞中表达转录因子Pdx1和MafA可以将这些细胞转化为功能性的、产生胰岛素的β细胞，在1型糖尿病模型中对自身免疫破坏有抵抗力。其他报告表明，在这种混合因子疗法中加入基因Ngn3也能使胰腺外分泌细胞转分化为β样细胞。

此外，许多基因已知在胰腺癌中被调控失调。例如，KRAS的过表达和p53的丢失与胰腺癌的不良后果有关，而这一切都可以用mRNA LNPs逆转。

而此项研究所展露出的多重mRNA递送能力，满足了如胰腺癌这类复杂疾病多基因调控的需求。

文章末尾，研究人员表示，此次研究利用核苷修饰的mRNA-LNPs实现了对胰腺的非病毒基因传递，并进一步确定了巨噬细胞的EV分泌和基因转移是LNPs向具有挑战性的器官目标传递mRNA的一种机制。

这项研究数据共同表明，LNPs促进了非病毒蛋白在胰岛的表达，并有可能改变胰腺致命的、难治的疾病的治疗格局。

参考资料：

1.https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade1444

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