本文節(jié)選自來自美國(guó)麻省藥學(xué)與健康科學(xué)大學(xué)副教授和藥物科學(xué)項(xiàng)目主任Hongwei Zhang發(fā)表的評(píng)論文章《A bright future for lipid nanoparticles in gene therapy》。由于水平有限，詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考原文。
脂質(zhì)納米顆粒（LNP）在COVID-19 mRNA疫苗中的使用再次引起了人們對(duì)其作為基因傳遞載體的關(guān)注。但是它們?cè)诨蛑委熤杏惺裁从猛灸?挑戰(zhàn)依然存在，但我相信，LNP在該領(lǐng)域有著光明的未來。
我很幸運(yùn)能在基因治療領(lǐng)域開始我的研究生培訓(xùn)，并加入了一個(gè)研究轉(zhuǎn)移性肺癌治療方法的小組。我們使用脂質(zhì)載體遞送編碼腫瘤抑制基因的質(zhì)粒DNA （pDNA)，我的目標(biāo)之一是使遞送系統(tǒng)的毒性最小化。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們將pDNA整合進(jìn)了兩種不同類型的LNP：穩(wěn)定的脂質(zhì)- DNA納米顆粒和脂質(zhì)-魚精蛋白- DNA納米顆粒，這兩種納米顆粒在動(dòng)物模型中均能顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)并延長(zhǎng)存活時(shí)間。這使我很早就認(rèn)識(shí)到了遞送載體對(duì)于基因治療成功性的重要作用，并激發(fā)了我在20年職業(yè)生涯中持續(xù)存在的興趣。
經(jīng)過數(shù)年對(duì)多種基因治療遞送系統(tǒng)的研究，我在馬薩諸塞州藥學(xué)院建立了自己的實(shí)驗(yàn)室，在那里我們研究基于反義寡核苷酸、RNAi和CRISPR的基因治療遞送技術(shù)。我們致力于一系列病毒和非病毒載體的研究，包括開啟了我職業(yè)生涯的LNP。
脂質(zhì)納米顆粒簡(jiǎn)史
用于基因治療的LNP通常是由離子化陽(yáng)離子脂質(zhì)、磷脂、膽固醇和聚乙二醇脂質(zhì)組成的納米顆粒，中央為一個(gè)固體或油性內(nèi)核，而粒徑較小的傳統(tǒng)單層脂質(zhì)體的典型特征是表面有脂質(zhì)雙層，顆粒中央為一個(gè)水性“池”。由于脂質(zhì)體在很早之前已被監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)并用于臨床小分子藥物，它們很快被基因治療先驅(qū)確定為一種潛在的遞送載體。從脂質(zhì)體給藥中獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)顯著加速了基因、RNAi、mRNA和CRISPR給藥LNP的發(fā)展。
早在20世紀(jì)80年代，就有報(bào)道表明，陽(yáng)離子脂質(zhì)體能夠有效介導(dǎo)體外質(zhì)粒轉(zhuǎn)染。在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初，LNP在介導(dǎo)pDNA轉(zhuǎn)基因表達(dá)和siRNA介導(dǎo)的體內(nèi)RNAi方面表現(xiàn)出了顯著的效果，致使將LNP用于基因治療的研究不斷上升。2018年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了基于LNP的patisiran (Onpattro?)，用于治療遺傳性甲狀腺素運(yùn)載蛋白介導(dǎo)的淀粉樣變性(hTTR)，鞏固了LNP在該領(lǐng)域的作用。最近，mRNA治療成為一個(gè)熱門領(lǐng)域，輝瑞和Moderna基于LNP的mRNA疫苗在抗擊COVID-19中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
在基因組編輯治療領(lǐng)域，LNP在2010年代開始顯示出其潛力，為在動(dòng)物模型中進(jìn)行的體內(nèi)基因組編輯遞送CRISPR成分。去年，在Intellia Therapeutics進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，第一位hTTR患者接受了基于LNP的CRISPR基因組編輯治療。
為什么選擇LNP？
LNP擁有悠久的歷史以及低毒性和低免疫原性特點(diǎn)，且行業(yè)在脂質(zhì)體大規(guī)模生產(chǎn)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，使LNP對(duì)于基因治療領(lǐng)域來說有很大的吸引力。
LNP可以遞送不同的物質(zhì)，包括pDNA、mRNA、siRNA和蛋白質(zhì)。這使得它們對(duì)于基于CRISPR的治療來說特別方便，因?yàn)樗鼈兛梢栽谝粋€(gè)載體中遞送CRISPR的不同成分，包括編碼Cas核酸酶的mRNA或pDNA、引導(dǎo)RNA、甚至是針對(duì)基于同源定向修復(fù)的基因組編輯治療的DNA供體模板。
此外，LNP的顆粒大小、表面性質(zhì)、成分和組成可以很容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以減少毒性，調(diào)整或優(yōu)化組織向性。
面臨的挑戰(zhàn)
LNP平臺(tái)當(dāng)然非常有前景，但仍存在幾個(gè)主要的挑戰(zhàn)。首先，當(dāng)前LNP靜脈注射會(huì)導(dǎo)致與輸液相關(guān)的反應(yīng)。由于這個(gè)原因，patisiran通常在抗組胺、對(duì)乙酰氨基酚和地塞米松的組合給藥后注射。為了將基于LNP的基因療法擴(kuò)展到其它疾病，必須解決這個(gè)問題。
其次，目前LNP的靶組織主要局限于肝臟。靜脈注射后，80-90%的LNP最終進(jìn)入肝臟，最終通過低密度脂蛋白(LDL)受體被肝細(xì)胞吸收。一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是如何“引導(dǎo)”LNP在系統(tǒng)給藥后繞過肝臟，并有效地將它們的基因治療載荷運(yùn)送到非肝臟組織。
第三個(gè)挑戰(zhàn)是功能性脂質(zhì)以及LNP的大規(guī)模生產(chǎn)。到目前為止，生產(chǎn)功能性脂質(zhì)和LNP的公司數(shù)量仍然非常有限。事實(shí)上，人類歷史上唯一大規(guī)模生產(chǎn)的LNP就是用于COVID-19疫苗的生產(chǎn)。
基因治療的下一步是什么?
在輝瑞和ModernaCOVID-19疫苗取得成功后，我預(yù)計(jì)將看到更多基于LNP的mRNA疫苗進(jìn)入市場(chǎng)，包括諸如腫瘤等其它疾病領(lǐng)域。此外，為了更安全的靜脈注射，需要新的離子化陽(yáng)離子脂質(zhì)。此外，LNP的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于通過全身遞送以靶向非肝組織至關(guān)重要。
從更廣闊的角度來看，無論是病毒載體還是非病毒載體平臺(tái)都將不斷成熟，每個(gè)平臺(tái)都將在各自的專業(yè)領(lǐng)域?yàn)榛蛑委熥龀鲐暙I(xiàn)。例如，基于DNA的基因治療，如基因替代或基因添加治療，需要將DNA送入細(xì)胞核，因此，腺相關(guān)病毒(AAV)載體將繼續(xù)主導(dǎo)這一特殊應(yīng)用。然而，基于mRNA的治療方法只需要遞送到細(xì)胞質(zhì)中，所以非病毒載體，特別是LNP，可能會(huì)發(fā)揮更大的作用。
如上所述，LNP還擅長(zhǎng)在體內(nèi)遞送復(fù)雜的物質(zhì)，如基于CRISPR Cas的基因組編輯治療的各種元件。在這種應(yīng)用中，LNP有一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)，即允許Cas酶的瞬時(shí)表達(dá)，這對(duì)于降低脫靶效應(yīng)來說是理想的選擇，而AAV介導(dǎo)Cas核酸酶的長(zhǎng)期表達(dá)。
如果遞送技術(shù)繼續(xù)改進(jìn)，我預(yù)計(jì)體內(nèi)基因療法會(huì)越來越多，在某些情況下會(huì)取代體外療法。如果體內(nèi)遞送足夠準(zhǔn)確，足夠安全，足夠有效，那么對(duì)體外方法的需求自然就會(huì)下降。
最終，病毒治療和非病毒治療都將在未來的基因治療中占有一席之地。為了選擇正確的遞送平臺(tái)，我們需要考慮疾病狀態(tài)、疾病的生理和病理生理?xiàng)l件、給藥途徑、治療效果以及預(yù)期的作用時(shí)間。
原文：H.Zhang, A bright future for lipid nanoparticles in gene therapy. Cell & Gene Therapy Insights 2021; 7(6), 755–758.
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