特发性肺纤维化是最常见的间质性肺疾病之一，特点是广泛的纤维化病变和比癌症更高的死亡率。目前IPF的治疗药物包括吡非尼酮和尼达尼布，但它们仅能减缓疾病进展，不能逆转已形成的瘢痕组织。基于mRNA的吸入式蛋白替代疗法能够使药物最大限度富集到肺部，表达任何所需的蛋白或肽，靶向“不可成药”靶点，产生治疗性抗体鸡尾酒等，从而为包括IPF在内的呼吸系统疾病治疗带来希望。但成功的吸入式核酸递送系统需能耐受雾化过程中的剪切力破坏，穿透粘液，逃避巨噬细胞吞噬清除，并确保高效的胞质转运和蛋白翻译。

近日，上海交通大学药学院章雪晴团队联合新泽西理工学院许晓阳团队在Nature Communications上发表了题为Optimized inhaled LNP formulation for enhanced treatment of idiopathic pulmonary fibrosis via mRNA-mediated antibody therapy的研究文章。在该研究中，作者基于开发的吸入式核酸纳米递送载体，成功递送mRNA到达纤维化小鼠的肺部，实现抗纤维化治疗。上海交通大学柏欣博士为该论文的第一作者，上海交通大学药学院为第一和责任通讯单位。

在该项目中，研究人员首先提出了一种新型“LOOP”研究平台，由四步工作流程组成，避免了大量且冗余的LNP筛选过程。作者利用微流控技术制备一系列由不同摩尔比例可电离脂质、胆固醇、辅助脂质和PEG-脂质组成的LNP，从中筛选具有最佳抗剪切力的LNP；接着，优化上述LNP的透析体系；同时，引入醇类和非离子表面活性剂等赋形剂增强LNP耐受雾化剪切破坏的能力；最后，基于选择的透析缓冲液和赋形剂进一步调整各脂质摩尔比，研究“脂质组成-荧光素酶表达活性”的构效关系，并最终选定由高辅助脂质比、酸性透析缓冲液和赋形剂组成的iLNP-HP08^LOOP具有最佳的雾化稳定性和增强的肺部荧光素酶表达。

   吸入式肺靶向疗法治疗IPF的示意图

基于上述iLNP-HP08^LOOP递送载体，研究人员进一步利用其负载编码IL-11单链抗体（scFv）mRNA得到scFv@iLNP-HP08^LOOP，从而成功开发出一种mRNA介导的抗体吸入疗法。上述scFv@iLNP-HP08^LOOP经振动网筛雾化器递送到小鼠肺部后，能够有效沉积到肺部，并在局部释放IL-11 scFv mRNA，继而翻译为IL-11 scFv蛋白，以自分泌或旁分泌的方式与肺微环境中过表达的IL-11结合。在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，吸入式scFv@iLNP-HP08^LOOP成功抑制成纤维细胞的活化和细胞外基质（ECM）的产生，并显著优于雾化吸入和尾静脉注射的IL-11 scFv。肺功能检测结果显示吸入式scFv@iLNP-HP08^LOOP显著改善纤维化小鼠的所有肺功能参数。值得注意的是，该HP08^LOOP系统同样适用于提高以市售ALC0315作为可电离脂质的LNP的雾化稳定性并增强小鼠肺部荧光素酶表达。

部分实验数据

a. LOOP示意图及iLNP-HP08^LOOP递送至小鼠肺部后的代表性生物发光图像；b. 肺系数；c. 羟脯氨酸含量；d. ACTA2和COL1A1的代表性免疫荧光染色图像。

综上，“LOOP”方法为开发其他基于mRNA的吸入蛋白替代疗法提供了一个多功能平台，为预防和管理包括IPF在内的ILDs以及其他呼吸系统疾病的治疗提供了广阔前景。

作者简介：

章雪晴团队研究方向主要集中在新型生物医用材料、药物及核酸分子的输送系统和RNA药物的设计和研发，并应用于基因治疗、药物传递、组织再生和传染病预防等领域。相关研究成果发表在Nature Communications，Science Advances, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Science Translational Medicine， ACS Nano，Advanced Materials，Advanced Functional Materials等著名学术期刊上。基于章雪晴博士的研究成果，共计有9项科研成果专利已经申请中、美和国际专利，其中2项专利已在美国获得批准授权，1项已在中国获批。上述研究工作得到了国家重点研发计划“生物安全关键技术研究”重点专项、国家自然科学基金“重点项目”、国家生物药技术创新中心核酸药物“揭榜挂帅”重点项目、上海市“科技创新行动计划”自然科学基金面上项目等支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51056-8