Nat Nanotechnol 丨上海藥物所和浙大團隊揭示膽固醇在外泌體遞釋RNA藥物中的關鍵作用
2024年9月19日，中國科學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胡國慶教授合作團隊在國際一流期刊《Nature Nanotechnology》上在線發表了一篇題為《Direct Cytosolic Delivery of siRNA via Cell Membrane Fusion Using Cholesterol-Enriched Exosomes》的研究論文。該研究結合理論建模和實驗研究深入揭示了膽固醇在調控外泌體遞釋RNA藥物中的關鍵作用及其背后的機制，并基于此開發出高效的工程化外泌體RNA遞釋系統，為基因治療提供了一種安全高效的創新遞釋策略。
圖1. 富含膽固醇的外泌體遞釋RNA藥物示意圖。
RNA干擾（RNAi）技術近年來因其在基因表達調控領域的巨大潛力，逐漸成為治療遺傳性疾病和癌癥等重大疾病的前沿技術。然而，siRNA的遞釋效率及其安全性一直是其臨床應用中的關鍵難題。雖然已有如N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）和脂質納米顆粒（LNP）等RNA遞釋系統在臨床使用，但它們在細胞內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，作為天然的納米級細胞外囊泡，因其出色的生物相容性、穩定性、長效的體內循環時間以及精準的組織靶向能力，逐漸成為優化siRNA遞釋的研究熱點。然而，天然外泌體進入細胞主要依賴內吞作用，導致RNA分子易在溶酶體中被迅速降解，從而限制了其遞釋效率。
在體外實驗中，富含30%膽固醇的牛奶外泌體（30% Chol/MEs）成功遞送了PLK1 siRNA，顯著下調了PLK1 mRNA和蛋白表達水平，誘導了腫瘤細胞凋亡，其效果明顯優于傳統的轉染試劑Lipo 2000和RNAiMAX。體內實驗進一步證實，30% Chol/MEs/siPLK1通過口服或靜脈注射方式，在小鼠結直腸腫瘤模型中均能有效抑制腫瘤生長，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膜融合高效遞釋RNA及微觀機制
上海藥物所-南昌大學聯合培養碩士研究生卓巖和浙江大學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的胡國慶教授為本文的共同通訊作者。該研究獲得了中國科學院上海高等研究院國家蛋白質科學研究(上海)設施的技術支持，以及國家杰出青年科學基金、國家重點研發計劃項目、上海市重點項目、國家生物藥技術創新中心“揭榜掛帥”技術攻關項目等資助。
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https://www.nature.com/articles/s41565-024-01785-0