2023年3月，河南大學-澳大利亞麥考瑞大學生物醫學聯合創新中心（JCBI）的師冰洋教授團隊在Nano Today上發表了題為“Non-invasive PTEN mRNA brain delivery effectively mitigates growth of orthotopic glioblastoma”的文章，開發了一種新型mRNA納米藥物ABNPs@mRNA，提高了BBB通透性和腫瘤細胞靶向能力，在小鼠膠質母細胞瘤（GBM）模型中成功遞送PTEN mRNA，抑制了GBM的生長。
 

背景
 

mRNA的不穩定性、無法通過血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）和缺乏腫瘤靶向性，阻礙了mRNA在腦疾病治療中的進一步應用。因此，亟需開發可以克服這些障礙的新的納米藥物，使mRNA腦部遞送療法用于腦疾病治療成為可能。PTEN基因是一類腫瘤抑制基因編碼一種可直接拮抗PI3K-AKT通路的脂質磷酸酶。研究發現，該基因在20%-40%的GBM中存在變異或失活的情況。因此，作者試圖采用紅細胞膜偽裝的仿生納米顆粒平臺選擇性地將PTEN mRNA穿過BBB輸送到大腦中以靶向GBM。
 

納米藥物的設計
 

為了應對上述挑戰，研究人員設計了一種新的mRNA納米藥物（ABNPs@mRNA）：
（1）ApoE多肽的修飾能夠大大提高藥物在腦腫瘤病灶部位的積累；
（2）基于細胞膜的仿生策略能夠有效的實現免疫逃逸；
（3）腫瘤微環境響應的特性能夠促進mRNA在腫瘤部位的高效釋放。
使用陽離子聚乙烯亞胺（PEI）以N/P比為10緊密縮合mRNA以獲得PEI-mRNA復合物，然后用電荷轉換的檸康酸酐接枝的聚-L-賴氨酸（PLL-CA）包被以獲得NPs@mRNA。再用載脂蛋白E（ApoE）肽修飾的紅細胞膜（AB）囊泡融合獲得ABNPs@mRNA仿生納米粒子。

圖1 ABNPs@mRNA的合成

ABNPs@mRNA的治療效果

作者對攜帶PTEN突變U87MG-Luc原位異種移植物的小鼠每2天尾靜脈注射一次ABNPs@PTEN mRNA，總共五次，評估其體內抗腫瘤功效（圖2a)。接受 ABNPs@EGFP mRNA或PBS的小鼠顯示出快速的腫瘤生長，而用ABNPs@PTEN mRNA 治療顯著抑制了腫瘤生長（圖2b）。第20天切除的全腦切片的蘇木精-伊紅（H&E）染色顯示，ABNPs@PTEN mRNA處理的小鼠的腫瘤大小明顯小于ABNPs@EGFP mRNA、BNPs@PTEN mRNA或PBS組（圖2c）。生物發光強度的量化進一步證實了 ABNPs@PTEN mRNA有效抑制GBM腫瘤（圖2d）。重要的是，在用ABNPs@PTEN mRNA 或BNPs@PTEN mRNA處理期間，小鼠的體重沒有顯著變化，然而接受ABNPs@EGFP mRNA或PBS的對照組都經歷了快速體重減輕現象（圖2e）。Kaplan-Meier生存曲線顯示，用ABNPs@PTEN mRNA治療顯著增加中位生存期至49天，顯著長于ABNPs@EGFP mRNA（25天）、BNPs@PTEN mRNA（31天）或PBS（23天）（圖2f）。

圖2 在U87MG原位GBM異種移植物中通過ABNPs@mRNA NPs遞送PTEN mRNA

之后開發了穩定的表達熒光素酶的患者來源的CSC2細胞，以建立基于生物發光的簡便原位GSCs PDX小鼠模型，以研究PTEN mRNA NPs的治療效果（圖3c）。與U87MG小鼠模型類似，ABNPs@PTEN mRNA處理顯著抑制了腫瘤生長（圖3d，3e）。從攜帶CSC2-Luc腫瘤的小鼠中切除的大腦的H&E染色證實了腫瘤生長的抑制（圖 4f）。重要的是，用ABNPs@PTEN mRNA處理的小鼠顯示中位生存時間延長為40天，明顯長于接受ABNPs@EGFP mRNA（25.5天）、BNPs@PTEN mRNA（29天）或 PBS（23天)（圖3g）。Western blotting結果顯示ABNPs@PTEN mRNA引起PTEN蛋白上調（圖3h）。TUNEL圖像進一步顯示ABNPs@PTEN mRNA納米顆粒在GSCs腫瘤組織中誘導顯著的細胞凋亡（圖3i）。此外，與對照組相比，ABNPs@PTEN mRNA組切除的腫瘤組織切片中Ki67細胞增殖標志物表達較低，CC3凋亡標志物表達較高（圖3j，3k）。

圖3 在原位GBM干細胞異種移植物中通過ABNPs@mRNA NPs遞送PTEN mRNA

綜上所述，該仿生納米藥物在U87MG及CSC2膠質瘤干細胞原位荷瘤小鼠模型中均具有良好的治療效果，能顯著抑制腫瘤增長并延長小鼠生存時間，且無明顯毒副作用。因此該仿生納米藥物為膠質瘤的基因治療提供了新的思路。

參考文獻

Liu Y, Zhang D, An Y, et al. Non-invasive PTEN mRNA brain delivery effectively mitigates growth of orthotopic glioblastoma[J]. Nano Today, 2023, 49: 101790.