Nature子刊：章雪晴/许晓阳团队开发吸入型LNP-mRNA疗法，治疗特发性肺纤维化

编译丨王聪

编辑丨王多鱼

题图为章雪晴教授

间质性肺病（ILD） 包括一系列以不同程度的炎症和瘢痕为特征的疾病， 其中最常见的形式是特发性肺纤维化（IPF），这是一种以纤维化为主的间质性肺病，其特征是广泛的纤维化病变和比许多癌症更高的死亡率。 目前，IPF唯一可用的治疗方法是吡非尼酮和尼达尼布，它们可以减缓疾病进展，但不能逆转瘢痕。目前有几种药物正在进行临床试验，为 未来IPF的治疗提供了希望 。

基于mRNA的蛋白质替代疗法前景广阔，可以表达任何所需的蛋白质或多肽，靶向“不可成药”靶点， 这为 对抗各种病毒感染和治疗目前无法治愈的疾病提供了新希望 。 然而，mRNA固有的不稳定性和电负性往往导致其被核酸酶降解和低转染效率，需要开发安全有效的核酸递送系统 。脂质纳米颗粒（LNP）上目前临床上最先进的核酸递送载体，且经过了广泛验证。然而，通过静脉注射方式给药时，LNP递送的mRNA到达肺部的效率较低。口服给药被认为是最安全、最方便的给药方式，但也带来了药物在胃肠道酸性环境中的吸收和降解、微生物干扰、首过代谢效应等挑战 。

吸入给药具有许多优点，包括最大限度地增加药物在肺部的积累、提高依从性、促进药物快速吸收、避免首过代谢和最大限度地减少全身暴露。 因此，肺部吸入给药被认为是治疗呼吸系统疾病的理想途径。

成功的核酸吸入递送系统必须耐受雾化过程中的剪切力损伤、逃逸黏液纤毛清除、逃逸巨噬细胞吞噬、保证高效的细胞质转运和蛋白质翻译。 目前，来自Arcturus公司（ARCT-032）、Vertex公司（VX-522）和Recode公司（RCT1100）的吸入型LNP-mRNA药物正在进行治疗囊性纤维化（CF）和原发性纤毛运动障碍（PCD）的临床试验。

但迄今为止，还没有任何吸入型LNP-mRNA候选药物成功完成临床试验，因此， 目前仍迫切需要开发一种具有转化潜能的吸入性LNP递送系统（iLNP）。

2024年8月10日，上海交通大学药学院章雪晴团队与新泽西理工学院许晓阳团队合作，在Nature Communications期刊发表了题为：Optimized inhaled LNP formulation for enhanced treatment of idiopathic pulmonary fibrosis via mRNA-mediated antibody therapy 的研究论文。

该研究开发了 一种新型“LOOP”平台，采用四步流程开发用于肺部mRNA递送的吸入型脂质纳米粒（iLNP） 。基于该平台开发的iLNP-HP08LOOP具有高辅助脂质比例、酸性透析缓冲液和赋形剂辅助雾化缓冲液，表现出优异的稳定性和增强的mRNA表达，其递送的编码IL-11单链抗体的mRNA（IL-11 scFv mRNA），可通过吸入给药 有效递送到小鼠肺部并表达 IL-11 scFv，显著抑制肺纤维化。此外 ， HP08 LOOP 系统还兼容商用的ALC0315-LNP 。

因此，“LOOP”平台为开发吸入型mRNA纳米治疗剂提供了一个强大的平台，具有治疗各种呼吸系统疾病（包括特发性肺纤维化）的潜力。

在这项新研究中，研究团队提出了“LOOP”平台，通过一个四步流程来获得具有超强抗剪切力和稳健荧光素酶表达的脂质纳米颗粒（LNP），而不需要进行广泛筛选。

首先，研究团队利用微流控技术制备了一系列具有可调节摩尔比的可电离脂质、胆固醇、辅助脂质和PEG-脂质的LNP，以获得最优的抗剪切力LNP。

其次，使用不同组成和pH值的缓冲液对LNP进行了透析。

第三，在雾化缓冲液中加入醇类和非离子表面活性剂，以增强缓冲液抗剪切力损伤的稳定性。

最后，基于现有的透析缓冲液和雾化缓冲液，研究团队调整了脂质摩尔比，研究了“脂质成分-活性”的关系。

值得注意的是，这种“LOOP”方法还展示了其在增强含有ALC0315（辉瑞/BioNTech开发的新冠mRNA疫苗的使用的LNP中的可电离脂质）的LNP稳定性方面的多功能性 。

用于雾化递送mRNA的吸入型LNP的筛选

白细胞介素-11（IL-11） 已被认为是特发性肺纤维化（IPF）的潜在治疗靶点。 全长抗体因其无与伦比的特异性、对抗原的高亲和力和较长的体内半衰期而具有重要的治疗前景。

考虑到蛋白质在雾化过程中由于应激因素容易聚集，以及静脉注射的抗体容易到达非靶标器官，研究团队创新性地开发了一种 mRNA介导的抗体吸入疗法 ，该疗法理论上可以减轻靶向 IL-11 mRNA的siRNA相关的潜在脱靶效应。 该疗法在实现持续蛋白表达的同时，增加了药物雾化期间的稳定性，从而发挥了增强的抗纤维化治疗效果。

研究团队将编码IL-11单链抗体的mRNA（scFv mRNA） 封装在一个“LOOP”优化的LNP中 （iLNP-HP08LOOP） ，从而构建了创建scFv@iLNP-HP08LOOP。 scFv具有模块化设计灵活性、低分子量、高通透性和低免疫原性等优点，可通过精确的结构设计促进双特异性抗体的开发。

吸入型scFv@iLNP-HP08 LOOP 治疗IPF

当与递送系统配对时，mRNA编码的scFv可到达隐匿的表位和细胞内靶点，为具有挑战性的靶点提供解决方案，同时增强对特定组织或细胞的靶向递送，从而最大限度地减少不良反应。

在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，静脉注射IL-11 scFv和吸入型scFv@iLNP-HP08 LOOP 均显著抑制了成纤维细胞活化和细胞外基质的产生，其中吸入型scFv@iLNP-HP08 LOOP 表现出更显著的治疗效果。 肺功能检测显示，吸入型scFv@iLNP-HP08LOOP显著改善了纤维化小鼠的所有肺功能参数 。

更重要的是，“LOOP”平台为开发基于mRNA的其他吸入型蛋白质替代疗法提供了一个通用平台，为预防和治疗特发性肺纤维化等间质性肺病（ILD） 及其 他呼吸系统疾病提供了新希望。

论文链接：

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