通过迭代递送方式提升mRNA疗法的效果

《SCIENCE ADVANCES》：Enhancing mRNA therapy through iterative delivery

mRNA疗法因递送系统效率低和细胞内逃逸困难而受限，本研究开发新型“Aurniosoves”（AuNSVs）递送系统，通过共封装金纳米颗粒（AuNPs）和非离子表面活性剂（NSVs），显著提升肿瘤内mRNA递送效率和疗效。机制研究表明，AuNPs通过吸附并抑制细胞内PP2A和Rab7，促进 caveolin介导的胞吞（CvME）和溶酶体融合逃逸，形成迭代递送模式，使p53 mRNA在p53缺失肝癌细胞中诱导凋亡并抑制肿瘤生长。动物实验证实AuNSVs在皮下和腹腔肿瘤模型中均显著优于传统NSVs，且未显示急性毒性。该成果为实体瘤mRNA治疗提供了新策略。

　　### 金纳米颗粒增强mRNA传递系统在癌症治疗中的应用

随着mRNA技术在生物医学领域的快速发展，其在治疗多种疾病，尤其是癌症中的潜力正逐渐显现。然而，mRNA在临床转化过程中仍面临诸多挑战，尤其是如何有效传递mRNA至靶向组织并确保其被细胞有效摄取和表达。目前，脂质纳米颗粒（LNPs）是mRNA递送的主流载体，但其在某些疾病中的应用仍然受限，尤其是在实体瘤中的传递效率和细胞内逃逸能力存在不足。为了克服这些障碍，科学家们探索了多种新的递送策略，其中一种创新的方法是将金纳米颗粒（AuNPs）与非离子型表面活性剂载体（NSVs）结合，形成一种新型的“金-纳米囊泡”（AuNSVs），以增强mRNA的传递效率和治疗效果。

#### mRNA传递系统的现状与挑战

mRNA作为基因治疗的工具，其主要功能是作为蛋白质合成的模板，使细胞能够按照特定的基因指令生成具有治疗作用的蛋白质。然而，mRNA在体外和体内的传递仍面临多重挑战。首先，mRNA容易被核酸酶降解，因此需要有效的保护机制。其次，mRNA需要通过细胞膜进入细胞内，这涉及到复杂的细胞内吞作用和细胞内逃逸过程。最后，mRNA在肿瘤中的积累和表达效率较低，限制了其在癌症治疗中的应用。

现有的mRNA递送系统，如LNPs，虽然在许多研究中被证明有效，但其在肿瘤组织中的递送效率仍然有限。此外，LNPs的细胞内逃逸过程往往受到内吞泡融合的阻碍，这导致mRNA在细胞内无法有效释放，进而影响其治疗效果。因此，开发一种能够提高mRNA在肿瘤中积累和表达的新型递送系统成为当前研究的重点。

#### AuNSVs的开发与特性

为了解决上述问题，研究团队开发了一种结合金纳米颗粒与非离子型表面活性剂载体的新系统，称为“金-纳米囊泡”（AuNSVs）。这种系统通过将AuNPs与NSVs共封装，形成一种具有特殊结构和功能的载体，以增强mRNA的传递效率和细胞内逃逸能力。NSVs通常由非离子型表面活性剂组成，具有良好的稳定性和生物相容性，而AuNPs则因其独特的物理化学性质和潜在的生物效应而被引入。AuNPs的直径约为20纳米，具有较高的负电荷，能够与NSVs的正电荷相互作用，从而促进其在细胞内的摄取和释放。

通过一系列的实验，研究团队验证了AuNSVs在体外和体内的有效性和安全性。首先，他们通过流式细胞术和荧光显微镜对TOV-112D卵巢癌细胞进行了检测，发现AuNSVs在低浓度下即可显著提高绿色荧光蛋白（GFP）的表达水平。随着浓度的增加，AuNSVs的GFP表达率进一步提高，最终达到73.9% ± 13.7%，远高于NSVs的26.1% ± 5.6%。这一结果表明，AuNSVs能够显著提高mRNA在癌细胞中的摄取和表达效率。

#### AuNSVs的体内效果

为了进一步验证AuNSVs在体内的治疗效果，研究团队在Hep3B肿瘤小鼠模型中进行了实验。他们将DiR荧光染料与NSVs或AuNSVs结合，并通过尾静脉注射的方式给予小鼠。在5天后，他们发现AuNSVs在肿瘤组织中的分布显著增加，从DiR NSVs的10.4% ± 1.6%提高到DiR AuNSVs的18.6% ± 3.6%。同时，AuNSVs在肝脏中的分布减少，肿瘤与肝脏的信号比值从NSVs的0.20增加到AuNSVs的0.36，表明AuNSVs能够更有效地将mRNA传递至肿瘤组织，而减少其在非靶向组织中的积累。

#### AuNSVs的机制解析

为了理解AuNSVs如何提高mRNA的传递效率，研究团队进一步探讨了其作用机制。他们发现，AuNSVs进入细胞的途径与传统的内吞作用有所不同。在初始阶段，AuNSVs主要通过网格蛋白介导的内吞作用（CME）进入细胞，随后在细胞内释放AuNPs。这些AuNPs能够吸附并失活细胞内的两种关键调控蛋白：PP2A和Rab7。PP2A是一种调节细胞膜流动性的重要酶，而Rab7则参与内吞泡的成熟和融合过程。通过失活这些蛋白，AuNPs能够促进细胞内吞作用的进一步发生，并加速mRNA从内吞泡中逃逸至细胞质中，从而提高其表达效率。

#### 实验设计与方法

为了进一步验证这一机制，研究团队使用了多种实验方法。首先，他们通过流式细胞术和荧光显微镜观察了AuNSVs在TOV-112D细胞中的摄取情况。在30分钟和2小时的时间点，他们发现AuNSVs的摄取效率显著高于NSVs，特别是在2小时后，AuNSVs的摄取率提高了32.1% ± 5.8%。这一结果表明，AuNSVs能够通过一种迭代的传递机制，提高mRNA在细胞内的积累和表达。

此外，研究团队还使用了多种抑制剂来验证AuNSVs的作用机制。例如，他们使用氯丙嗪（CPZ）来抑制CME，使用甲基-β-环糊精（MβCD）和菲利宾（filipin）来抑制CvME，以及使用EIPA和NaN3来抑制其他类型的内吞作用。结果表明，AuNSVs的摄取主要依赖于CvME，而非CME。这一发现进一步支持了AuNSVs通过改变细胞内的内吞作用途径，提高mRNA的传递效率。

#### AuNSVs的临床意义

AuNSVs的开发不仅为mRNA治疗提供了一种新的递送策略，也为未来在多种疾病中的应用提供了可能。由于AuNSVs能够显著提高mRNA在肿瘤组织中的积累和表达效率，其在癌症治疗中的应用前景广阔。此外，AuNSVs还具有良好的稳定性和生物相容性，使其在临床转化过程中具有较高的可行性。

在体内实验中，研究团队观察到AuNSVs能够显著抑制Hep3B肿瘤的生长。在治疗后，AuNSVs组的肿瘤体积仅为对照组的34.0% ± 8.4%，而生存率也显著提高，达到100%，而对照组的生存率仅为16.7%。这一结果表明，AuNSVs在体内具有显著的治疗效果，能够有效抑制肿瘤的生长。

#### 结论与展望

综上所述，AuNSVs作为一种新型的mRNA递送系统，能够显著提高mRNA在肿瘤组织中的积累和表达效率。其作用机制涉及通过AuNPs的吸附和失活，改变细胞内的内吞作用途径，促进mRNA的传递和表达。这一发现为mRNA治疗在癌症中的应用提供了新的思路，并可能为其他疾病的治疗带来突破。

未来的研究可以进一步探索AuNSVs在不同癌症类型中的应用，以及其在其他疾病治疗中的潜力。此外，研究团队还计划评估AuNSVs在多种病理条件下的效果，并尝试开发更多基于AuNSVs的治疗策略。通过不断优化AuNSVs的组成和结构，科学家们有望进一步提高其在临床转化中的效率和安全性，为mRNA治疗开辟新的可能性。