mRNA介導(dǎo)仿生納米藥物在腦部疾病治療中的應(yīng)用新思路

2023年3月，河南大學(xué)-澳大利亞麥考瑞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新中心（JCBI）的師冰洋教授團(tuán)隊(duì)在Nano Today上發(fā)表了題為“Non-invasive PTEN mRNA brain delivery effectively mitigates growth of orthotopic glioblastoma”的文章，開發(fā)了一種新型mRNA納米藥物ABNPs@mRNA，提高了BBB通透性和腫瘤細(xì)胞靶向能力，在小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）模型中成功遞送PTEN mRNA，抑制了GBM的生長(zhǎng)。
 

背景
 

mRNA的不穩(wěn)定性、無法通過血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）和缺乏腫瘤靶向性，阻礙了mRNA在腦疾病治療中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，亟需開發(fā)可以克服這些障礙的新的納米藥物，使mRNA腦部遞送療法用于腦疾病治療成為可能。PTEN基因是一類腫瘤抑制基因編碼一種可直接拮抗PI3K-AKT通路的脂質(zhì)磷酸酶。研究發(fā)現(xiàn)，該基因在20%-40%的GBM中存在變異或失活的情況。因此，作者試圖采用紅細(xì)胞膜偽裝的仿生納米顆粒平臺(tái)選擇性地將PTEN mRNA穿過BBB輸送到大腦中以靶向GBM。
 

納米藥物的設(shè)計(jì)
 

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究人員設(shè)計(jì)了一種新的mRNA納米藥物（ABNPs@mRNA）：
（1）ApoE多肽的修飾能夠大大提高藥物在腦腫瘤病灶部位的積累；
（2）基于細(xì)胞膜的仿生策略能夠有效的實(shí)現(xiàn)免疫逃逸；
（3）腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的特性能夠促進(jìn)mRNA在腫瘤部位的高效釋放。
使用陽離子聚乙烯亞胺（PEI）以N/P比為10緊密縮合mRNA以獲得PEI-mRNA復(fù)合物，然后用電荷轉(zhuǎn)換的檸康酸酐接枝的聚-L-賴氨酸（PLL-CA）包被以獲得NPs@mRNA。再用載脂蛋白E（ApoE）肽修飾的紅細(xì)胞膜（AB）囊泡融合獲得ABNPs@mRNA仿生納米粒子。

圖1 ABNPs@mRNA的合成

ABNPs@mRNA的治療效果

作者對(duì)攜帶PTEN突變U87MG-Luc原位異種移植物的小鼠每2天尾靜脈注射一次ABNPs@PTEN mRNA，總共五次，評(píng)估其體內(nèi)抗腫瘤功效（圖2a)。接受 ABNPs@EGFP mRNA或PBS的小鼠顯示出快速的腫瘤生長(zhǎng)，而用ABNPs@PTEN mRNA 治療顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)（圖2b）。第20天切除的全腦切片的蘇木精-伊紅（H&E）染色顯示，ABNPs@PTEN mRNA處理的小鼠的腫瘤大小明顯小于ABNPs@EGFP mRNA、BNPs@PTEN mRNA或PBS組（圖2c）。生物發(fā)光強(qiáng)度的量化進(jìn)一步證實(shí)了 ABNPs@PTEN mRNA有效抑制GBM腫瘤（圖2d）。重要的是，在用ABNPs@PTEN mRNA 或BNPs@PTEN mRNA處理期間，小鼠的體重沒有顯著變化，然而接受ABNPs@EGFP mRNA或PBS的對(duì)照組都經(jīng)歷了快速體重減輕現(xiàn)象（圖2e）。Kaplan-Meier生存曲線顯示，用ABNPs@PTEN mRNA治療顯著增加中位生存期至49天，顯著長(zhǎng)于ABNPs@EGFP mRNA（25天）、BNPs@PTEN mRNA（31天）或PBS（23天）（圖2f）。

圖2 在U87MG原位GBM異種移植物中通過ABNPs@mRNA NPs遞送PTEN mRNA

之后開發(fā)了穩(wěn)定的表達(dá)熒光素酶的患者來源的CSC2細(xì)胞，以建立基于生物發(fā)光的簡(jiǎn)便原位GSCs PDX小鼠模型，以研究PTEN mRNA NPs的治療效果（圖3c）。與U87MG小鼠模型類似，ABNPs@PTEN mRNA處理顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)（圖3d，3e）。從攜帶CSC2-Luc腫瘤的小鼠中切除的大腦的H&E染色證實(shí)了腫瘤生長(zhǎng)的抑制（圖 4f）。重要的是，用ABNPs@PTEN mRNA處理的小鼠顯示中位生存時(shí)間延長(zhǎng)為40天，明顯長(zhǎng)于接受ABNPs@EGFP mRNA（25.5天）、BNPs@PTEN mRNA（29天）或 PBS（23天)（圖3g）。Western blotting結(jié)果顯示ABNPs@PTEN mRNA引起PTEN蛋白上調(diào)（圖3h）。TUNEL圖像進(jìn)一步顯示ABNPs@PTEN mRNA納米顆粒在GSCs腫瘤組織中誘導(dǎo)顯著的細(xì)胞凋亡（圖3i）。此外，與對(duì)照組相比，ABNPs@PTEN mRNA組切除的腫瘤組織切片中Ki67細(xì)胞增殖標(biāo)志物表達(dá)較低，CC3凋亡標(biāo)志物表達(dá)較高（圖3j，3k）。

圖3 在原位GBM干細(xì)胞異種移植物中通過ABNPs@mRNA NPs遞送PTEN mRNA

綜上所述，該仿生納米藥物在U87MG及CSC2膠質(zhì)瘤干細(xì)胞原位荷瘤小鼠模型中均具有良好的治療效果，能顯著抑制腫瘤增長(zhǎng)并延長(zhǎng)小鼠生存時(shí)間，且無明顯毒副作用。因此該仿生納米藥物為膠質(zhì)瘤的基因治療提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)

Liu Y, Zhang D, An Y, et al. Non-invasive PTEN mRNA brain delivery effectively mitigates growth of orthotopic glioblastoma[J]. Nano Today, 2023, 49: 101790.