一种用于治疗特发性肺纤维化（IPF）的吸入式mRNA纳米制剂

2022年，山东大学药学院姜新义教授团队与山东大学齐鲁医院、山东省第一医科大学、山东中医药大学等单位合作，构建了一种可吸入的mRNA纳米递送系统，通过促进肺纤维化病灶中基质降解和肺泡上皮重建，为肺纤维化疾病的治疗提供了新思路。该研究成果以“Inhaled mRNA nanoformulation with biogenic ribosomal protein reverses established pulmonary fibrosis in a bleomycin-induced murine model”为题发表于Advanced Materials期刊（中科院JCR期刊一区，IF=30.849）。姜新义教授为通讯作者，药学院研究生张蕊为第一作者，山东大学为第一作者和唯一通讯作者单位。

根据您提供的文献，该研究设计了一种用于治疗特发性肺纤维化（IPF）的吸入式mRNA纳米制剂。其核心设计思路是一种多层级、智能响应的“核-壳”结构，旨在实现mRNA在肺部纤维化病灶的靶向递送和协同治疗。以下是该纳米材料的设计思路简述：

一、 设计目标与治疗策略

研究旨在解决IPF治疗中两大难题：细胞外基质（ECM）过度沉积和肺泡上皮破坏。治疗策略是协同递送两种治疗性分子：

1. 基质金属蛋白酶13信使RNA（mMMP13）：用于在纤维化病灶内表达MMP13，以加速ECM（尤其是胶原蛋白）的降解。
2. 角质细胞生长因子（KGF）：用于促进肺泡上皮细胞（特别是AEC2s）的增殖和修复，实现肺泡再上皮化。

二、 纳米材料的多层级结构设计

纳米制剂（mMMP13@RP/P-KGF）的构建是分步进行的，其设计思路体现了功能的模块化集成：

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1. 核心层（mRNA缩合核心）：

   • 材料：采用核糖体蛋白L32（RPL32） 作为阳离子载体。相较于常用的鱼精蛋白，核糖体蛋白具有内源性、生物相容性好、免疫原性风险低等优势。研究者从一系列不同等电点的核糖体蛋白中筛选出RPL32，因其能高效缩合mRNA并实现高转染效率。
   • 功能：通过静电作用与mMMP13形成纳米复合物（mMMP13@RP），保护mRNA并实现细胞内递送。

2. 中间层（功能化冠层）：

   • 材料：使用一种合成的双功能肽 AA-PLL-PEG-c(RGDfK)。其中，PLL（聚赖氨酸）段用于通过静电作用包裹核心；AA（顺乌头酸酐）修饰使该层具有pH敏感性（在酸性内涵体/溶酶体中发生电荷反转）；c(RGDfK)是一个RGD环肽，用于靶向在纤维化病灶中高表达的整合素。
   • 功能：此层赋予了纳米材料靶向性（通过RGD）和内涵体逃逸能力（通过pH触发的电荷反转），确保mRNA能有效进入细胞质。

3. 外层（屏蔽与控释壳层）：

   • 材料：通过点击化学反应将KGF连接在PEG链末端，形成一个PEG化的外壳。
   • 功能：PEG外壳提供空间稳定性。更重要的是，在KGF和核心之间引入了MMP2酶响应性的肽链。MMP2在IPF病灶中过度表达，能特异性切割此肽链，从而在病灶部位智能释放KGF。

三、 智能响应与协同作用机制

该设计的精髓在于其响应性，确保药物在正确的地点释放：

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• MMP2响应：纳米颗粒吸入并富集于纤维化病灶后，高水平的MMP2会切割外壳，释放出KGF，促进局部上皮修复。同时，暴露出的RGD修饰的内核能够靶向整合素高表达的肌成纤维细胞和受损的肺泡上皮细胞。
• pH响应：纳米颗粒被靶细胞吞噬后，进入酸性内涵体。中间层的AA-PLL发生电荷反转，由负电变为正电，与内涵体膜相互作用，促进mRNA逃逸至细胞质进行翻译。
• 协同治疗：释放的KGF促进肺泡再上皮化，而成功递送的mMMP13表达MMP13蛋白，加速ECM降解。两者协同作用，共同逆转纤维化进程。

四、 总结

该纳米材料的设计思路可概括为：以生物源性的核糖体蛋白为核心载体，通过分层组装策略，集成靶向（RGD）、环境响应（MMP2/pH）和双重治疗（mMMP13 + KGF）功能于一体，构建了一种高效、智能的吸入式mRNA递送系统，为实现IPF的逆转治疗提供了创新性方案。

参考：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107506
https://qlyxb.sdu.edu.cn/info/1183/11662.htm
https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20220313/content-1325422.html