Nat Nanotechnol 丨上海藥物所和浙大團(tuán)隊(duì)揭示膽固醇在外泌體遞釋RNA藥物中的關(guān)鍵作用
2024年9月19日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所甘勇研究員、俞淼榮副研究員與浙江大學(xué)胡國(guó)慶教授合作團(tuán)隊(duì)在國(guó)際一流期刊《Nature Nanotechnology》上在線發(fā)表了一篇題為《Direct Cytosolic Delivery of siRNA via Cell Membrane Fusion Using Cholesterol-Enriched Exosomes》的研究論文。該研究結(jié)合理論建模和實(shí)驗(yàn)研究深入揭示了膽固醇在調(diào)控外泌體遞釋RNA藥物中的關(guān)鍵作用及其背后的機(jī)制，并基于此開發(fā)出高效的工程化外泌體RNA遞釋系統(tǒng)，為基因治療提供了一種安全高效的創(chuàng)新遞釋策略。
圖1. 富含膽固醇的外泌體遞釋RNA藥物示意圖。
RNA干擾（RNAi）技術(shù)近年來(lái)因其在基因表達(dá)調(diào)控領(lǐng)域的巨大潛力，逐漸成為治療遺傳性疾病和癌癥等重大疾病的前沿技術(shù)。然而，siRNA的遞釋效率及其安全性一直是其臨床應(yīng)用中的關(guān)鍵難題。雖然已有如N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）和脂質(zhì)納米顆粒（LNP）等RNA遞釋系統(tǒng)在臨床使用，但它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)溶酶體的逃逸效率仍然較低（僅為1-4%），限制了其療效。
外泌體，作為天然的納米級(jí)細(xì)胞外囊泡，因其出色的生物相容性、穩(wěn)定性、長(zhǎng)效的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間以及精準(zhǔn)的組織靶向能力，逐漸成為優(yōu)化siRNA遞釋的研究熱點(diǎn)。然而，天然外泌體進(jìn)入細(xì)胞主要依賴內(nèi)吞作用，導(dǎo)致RNA分子易在溶酶體中被迅速降解，從而限制了其遞釋效率。
在體外實(shí)驗(yàn)中，富含30%膽固醇的牛奶外泌體（30% Chol/MEs）成功遞送了PLK1 siRNA，顯著下調(diào)了PLK1 mRNA和蛋白表達(dá)水平，誘導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞凋亡，其效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)染試劑Lipo 2000和RNAiMAX。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，30% Chol/MEs/siPLK1通過(guò)口服或靜脈注射方式，在小鼠結(jié)直腸腫瘤模型中均能有效抑制腫瘤生長(zhǎng)，展示了其作為基因治療載體的良好潛力。
圖2. 富含膽固醇的外泌體通過(guò)膜融合高效遞釋RNA及微觀機(jī)制
上海藥物所-南昌大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生卓巖和浙江大學(xué)博士研究生駱珍為本文共同第一作者，上海藥物所甘勇研究員、俞淼榮副研究員和浙江大學(xué)的胡國(guó)慶教授為本文的共同通訊作者。該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施的技術(shù)支持，以及國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、上海市重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家生物藥技術(shù)創(chuàng)新中心“揭榜掛帥”技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目等資助。
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https://www.nature.com/articles/s41565-024-01785-0