文献解读|基于内源性核糖体重组蛋白的mRNA可吸入纳米制剂用于逆转博莱霉素诱导的小鼠模型肺纤维化

特发性肺纤维化（IPF）是一种进行性且最终致命的呼吸系统疾病，在全球范围内影响超过500万人。IPF是一种由肺泡上皮细胞（AEC）异常引发的疾病，异常活化的肺上皮细胞可以产生使成纤维细胞迁移、增殖和分化为活性肌成纤维细胞的介质。异常的成纤维细胞病灶分泌过量的细胞外基质（ECM），主要为胶原蛋白，导致肺组织纤维过度瘢痕化，肺泡结构破坏。因此，肺内ECM的局部清除和纤维化肺泡的上皮再生对于逆转这种疾病的进展至关重要。然而，目前针对IPF的临床药物治疗仅仅是减缓了疾病的进展和肺功能的恶化，却无法恢复纤维化肺泡的功能，只能带来一定的缓解。在某些情况下，一些药物甚至会产生副作用。IPF的有效治疗策略尚不明确，但刻不容缓。

基质金属蛋白酶（MMPs）是一类由多种蛋白水解酶组成的酶。其中，MMP13在ECM成分的降解中扮演重要角色。在纤维化肺组织中，尽管MMP13的表达增加，但由于肺内ECM的大量产生和胶原溶解不平衡，随着IPF进展ECM沉积不断增加，导致肺纤维化程度加重。在纤维化病灶中，增加MMP13可加速ECM降解，恢复肺泡空间。此外，IPF的完全恢复还需要修复和再生受损的肺泡上皮细胞，以修复和重建完整的肺内气体交换空间，维持正常的肺功能。肺泡上皮细胞的修复需要干细胞，即Ⅱ型肺泡上皮细胞（AEC2s）。在IPF的发病过程中，部分AEC2s会出现上皮-间质转化、衰老、凋亡、甚至衰竭，角质细胞生长因子（KGF）是一种促进AEC2s有丝分裂的潜在因子，能诱导AEC2s增殖，抑制TGF-β1生成，提高表面活性蛋白分泌，有利于纤维化肺泡的上皮再生。因此作者推测MMP13和KGF联合治疗可加速肺内ECM的清除和重建被破坏的纤维化肺泡，从而逆转IPF的进展，改善肺功能。

本研究开发了一种可吸入的纳米递送系统，共载基质金属蛋白酶13 mRNA (mMMP13) 和角化细胞生长因子（KGF），传递到纤维化的肺组织中，从而逆转博莱霉素诱导的小鼠模型的肺纤维化。鱼精蛋白是一种阳离子核衍生蛋白，已被广泛用于基因传递的研究中，然而，鱼精蛋白与核酸之间的过度缩合反应，在一项癌症疫苗研究中表现出有限的转染效率。此外，由于其在人体内的异质性，存在交叉反应的潜在风险，限制了鱼精蛋白在临床中的应用。核糖体蛋白是一组与核糖体RNA（rRNAs）结合形成核糖体的内源性蛋白质，具有多种等电点（pIs）和分子量（MWs）的阳离子蛋白，可将异源交叉反应的风险降到 低，在生物医学领域中应用前景更广阔。此外，核糖体蛋白等电点的多样性赋予了其正电荷的灵活性，核酸可以以仿生的方式浓缩成纳米复合物。在本研究中，开发了一种具有不同理论等电点但分子量相近的多种核糖体蛋白。通过评估核糖体蛋白聚合的萤火虫荧光素酶(mFluc) mRNA的体外转染效率，筛选出最佳的核糖体重组蛋白用于递送mMMP13。以核糖体蛋白聚合的mMMP13为核心、双功能肽修饰的冠状层和具有聚乙二醇化的KGF外保护层组装成纳米颗粒。当通过喷雾器吸入时，被微滴携带的纳米制剂沉积在肺泡中，随后渗透到间质纤维化灶，外层KGF在MMP2触发后被原位释放，RGD基序嫁接的核心暴露并特异性靶向于富含整合素的肌成纤维细胞和受损的AEC2s中，用于mMMP13的细胞内传递。在肺纤维化小鼠模型中，吸入式纳米制剂治疗加速了大量胶原蛋白的降解和肺泡上皮再生过程，进而协同恢复肺泡完整性，改善肺功能。