蔡立慧/Robert Langer团队开发新型LNP，递送siRNA治疗阿尔茨海默病

包括阿尔茨海默病（AD）在内的多种神经退行性疾病，都以神经炎症状态为特征。作为常见和致命的神经系统疾病之一，阿尔茨海默病已经进行了数十年的研究和临床努力，以寻找潜在的治疗方法。虽然旨在清除β-淀粉样蛋白（Aβ）的抗体近期在人类患者中显示出治疗潜力，但阿尔茨海默病的异质性与复杂性表明，需要根据疾病病理和进展情况采取不同的治疗方法。

小胶质细胞是大脑中的主要免疫细胞，其在阿尔茨海默病的发病或预防中的潜在作用受到越来越多的关注。全基因组关联研究（GWAS）确定的大多数阿尔茨海默病风险基因在小胶质细胞中高表达，包括转录因子PU.1，该转录因子在调控小胶质细胞功能中发挥着核心作用。

多项研究表明，PU.1表达水平升高是阿尔茨海默病进展的风险因素，而PU.1表达水平降低被认为在人类和阿尔茨海默病动物模型中具有保护作用。

近日，麻省理工学院蔡立慧、Robert Langer及北卡罗来纳大学Owen Fenton等人在 Advanced Materials 期刊发表了题为：Nanoparticle-Mediated Delivery of Anti-PU.1 siRNA via Localized Intracisternal Administration Reduces Neuroinflammation 的研究论文。

该研究优化改进了一种新型脂质纳米颗粒——MG-LNP，其能够安全、高效靶向小胶质细胞，使用MG-LNP递送靶向PU.1的siRNA，减少了患有全身性炎症的小鼠和阿尔茨海默病样神经炎症的小鼠模型的神经炎症，表明了PU.1是治疗阿尔茨海默病或其他神经退行性疾病以及神经炎症疾病的潜在靶点。

RNA疗法，包括旨在降解mRNA和/或破坏翻译以减少目标蛋白质生产的siRNA，可以提供一种治疗途径来改善阿尔茨海默病相关小胶质细胞的转录和翻译变化。然而，由于其大尺寸和电荷，核酸需要递送载体或替代给药方法才能穿过细胞膜进入细胞。此外，由于血脑屏障（BBB）的存在，系统性给药的药物往往无法到达受影响的脑区。

由可电离脂质、胆固醇、磷脂和聚乙二醇化脂质组成的四组分脂质纳米颗粒（LNP）系统已被广泛应用于新冠疫苗中，这些四组分LNP系统是治疗性核酸递送载体的临床金标准。

当LNP静脉注射时，血清蛋白冠在血流中吸附到纳米颗粒表面，主要通过ApoE受体介导的摄取将它们靶向肝脏。目前已有几种纳米颗粒系统和LNP修饰已被设计用于改善跨血脑屏障的递送，局部注射LNP已被证明可以成功地将mRNA递送至神经元和星形胶质细胞。近期的一些研究显示，阳离子脂质体、混合脂质和聚合物纳米颗粒，可以局部或鼻内给药，以靶向特定的细胞类型，例如大脑中的小胶质细胞。此外，LNP表面的透明质酸修饰，已被用于辅助siRNA递送至小鼠脑胶质瘤。然而，临床相关的四组分LNP系统在将RNA定位到小胶质细胞中的研究仍有待深入。

在这项研究中，研究团队旨在探讨LNP递送RNA在阿尔茨海默病动物模型中缓解PU.1介导的神经炎症的潜力。

蔡立慧教授表示，LNP可能是一种将siRNA转入小胶质细胞的方法，因为细胞清除大脑中的废物，具有很强的吸收脂质分子的倾向。她与纳米颗粒药物递送研究先驱 Robert Langer 教授讨论了这一问题，他们决定测试用LNP递送的siRNA以减少PU.1表达水平的想法。

首先，研究团队修改了LNP四组分中的可电离脂质和磷脂的结构，并调整了脂质与mRNA的比例，构建了七种不同的LNP配方，并进行了筛选，旨在优化向人诱导多能干细胞（iPSC）来源的小胶质样细胞（iMGL）和局部鞘内注射后向小鼠脑内递送mRNA的效率。结果显示，在七个候选配方中，“MG-LNP”具有极高的递送效率和安全性（下图中的配方A）。

然后，研究团队使用表现较佳的配方“MG-LNP”进行了递送靶向PU.1的mRNA的siRNA的测试，结果显示，MG-LNP递送的靶向PU.1的mRNA的siRNA能够将培养的小胶质细胞的PU.1表达降低42%（这一降低水平很好，因为小胶质细胞至少需要一些PU.1才能存活）。而且，MG-LNP递送的siRNA转染并未对小胶质细胞造成任何伤害，还显着减少了小胶质细胞中PU.1的表达增加的其它基因的转录，可以减少多种炎症标志物。

至后，研究团队评估了MG-LNP在两种小鼠大脑炎症模型中递送siRNA的性能。在一种模型中，小鼠暴露于脂多糖（LPS）以模拟感染并刺激全身炎症反应。在另一种模型中，DK5酶被p25蛋白过度激活，小鼠表现出严重的神经退行性病变和炎症。在这两种小鼠模型中，注射了MG-LNP递送的靶向PU.1的siRNA，显著减少了PU.1和炎症标记物的表达。

这些结果显示，MG-LNP递送靶向PU.1的siRNA，减少了患有全身性炎症的小鼠和阿尔茨海默病样神经炎症的小鼠模型的神经炎症，表明了PU.1是治疗阿尔茨海默病或其他神经退行性疾病以及神经炎症疾病的潜在靶点。