文 | 白露

牛皮癬（銀屑病）是一種慢性炎癥性皮膚病，會(huì)造成皮膚紅腫、發(fā)癢以及鱗狀的結(jié)痂，困擾著全球1.25億人。像類固醇這樣的小分子藥物可以穿透皮膚來治療這種疾病，但它們會(huì)引起皮膚刺激和變薄，并且功效會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低。靶向銀屑病特定炎癥相關(guān)分子的抗體已經(jīng)被開發(fā)出來，但由于它們不能通過皮膚遞送，所以一般通過注射方式給藥，這無疑限制了患者對(duì)它們的接受度，此外還可能會(huì)產(chǎn)生全身性副作用。

哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所和John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員已經(jīng)通過使用離子液體（ionic liquid, IL）組合成功地在銀屑病模型小鼠中實(shí)現(xiàn)了小干擾RNA (siRNA) 療法的皮膚遞送。這種創(chuàng)新的治療方式避免了現(xiàn)有療法的局限性，并顯著降低了炎癥細(xì)胞因子水平和銀屑病癥狀，且無全身性副作用。這項(xiàng)成果于7月22日發(fā)表在Science Advances上。

圖片來源：Science Advances

合成siRNA是一種非編碼的雙鏈RNA分子，通過破壞目標(biāo)基因的RNA轉(zhuǎn)錄物來“沉默”該基因。這種能力也使它們成為無需改變患者細(xì)胞中DNA就能治療疾病的非常有吸引力的候選者。然而，由于RNA是親水性大分子，因此很難穿過細(xì)胞的疏水膜，它們?cè)卺t(yī)學(xué)上的應(yīng)用受到了阻礙。

在這項(xiàng)新研究中，哈佛大學(xué)研究小組利用最近發(fā)現(xiàn)的一種離子液體（IL）來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。IL本質(zhì)上是鹽類，室溫下呈液態(tài)?；谠缙趯?duì)IL與脂質(zhì)相互作用的研究，研究人員預(yù)感IL可以穩(wěn)定siRNA，并提高其穿透脂質(zhì)細(xì)胞膜的能力，實(shí)現(xiàn)局部基因沉默。

研究人員首先建立了一個(gè)不同IL的庫，然后對(duì)它們的組合進(jìn)行測(cè)試，以確定哪些具有他們想要的物理和化學(xué)特性。他們研究了一種CAGE（膽堿和香葉酸）和CAPA（膽堿和苯丙酸）的混合物，這種混合物有助于相關(guān)siRNA分子保持其結(jié)構(gòu)完整性，并增加siRNA在健康小鼠皮膚中的滲透性。

當(dāng)“裸”siRNA應(yīng)用于小鼠皮膚時(shí)，其吸收能力較差（中）。用CAGE+CAPA離子液體能使其更容易滲透進(jìn)表皮（右）。（圖片來源：Science Advances）

當(dāng)將CAGE+CAPA混合物作為一種粘稠的外用液體涂在活體小鼠的皮膚上時(shí)，研究人員沒有觀察到炎癥或刺激現(xiàn)象，這表明混合物是無毒的。

由于IL是一種相當(dāng)新的材料，因此預(yù)測(cè)其與需要被遞送“貨物”的相互作用具有挑戰(zhàn)性。于是研究人員進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，以模擬和理解CAGE+CAPA溶液如何在分子水平上與siRNA和細(xì)胞膜相互作用。

模擬結(jié)果顯示IL-siRNA復(fù)合物的成分離子與RNA堿基對(duì)有強(qiáng)烈的化學(xué)相互作用，預(yù)測(cè)這種復(fù)合物具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性。該模型還表明，由于IL中的離子能夠緊密地堆積在一起，形成聚集體，增強(qiáng)了復(fù)合物破壞細(xì)胞膜并允許siRNA進(jìn)入的能力，因而導(dǎo)致了更高的細(xì)胞膜滲透性。

分子動(dòng)力學(xué)模擬表明CAGE+CAPA離子液體中的不同種類離子（紅色、藍(lán)色、紫色）與siRNA原子（白色）發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，有助于保持其結(jié)構(gòu)。（圖片來源：Science Advances）

確定了有效的遞送工具后，研究人員將其與一種被設(shè)計(jì)以沉默NFKBIZ基因的siRNA（NFKBIZ siRNA）結(jié)合。NFKBIZ基因與銀屑病相關(guān)的許多炎癥分子的上調(diào)有關(guān)。他們將CAGE+CAPA混合物與siRNA一起應(yīng)用于銀屑病樣疾病小鼠的皮膚上4天，然后將這些小鼠與IL-對(duì)照siRNA組、IL單獨(dú)組以及未接受治療組的小鼠進(jìn)行比較。

與其他實(shí)驗(yàn)組相比，給予IL-NFKBIZ siRNA治療明顯減少了模型小鼠的表皮增厚、紅腫及鱗屑。此外，小鼠皮膚細(xì)胞中NFKBIZ和其他銀屑病相關(guān)基因產(chǎn)物的表達(dá)顯著降低。這首次證明了IL-siRNA復(fù)合物可通過局部給藥后在體內(nèi)沉默目標(biāo)基因，在分子和肉眼可見水平上誘導(dǎo)治療效果。

B）用IL-NFKBIZsiRNA對(duì)銀屑病小鼠進(jìn)行局部治療，并與未治療組和應(yīng)用IL組進(jìn)行比較。C）銀屑病在小鼠皮膚中誘發(fā)時(shí)會(huì)引起炎癥（左）。當(dāng)用不含siRNA的離子液體治療時(shí)，炎癥惡化（中）。當(dāng)用IL-siRNA復(fù)合物治療時(shí)，炎癥減輕（右）。（圖片來源：Science Advances）

總的來說，這項(xiàng)研究開發(fā)出一個(gè)能夠?qū)NA遞送進(jìn)表皮的經(jīng)皮給藥IL平臺(tái)，其與RNA療法相結(jié)合能有效沉默銀屑病關(guān)鍵信號(hào)靶基因。優(yōu)化后的IL配方?jīng)]有顯示毒性，可以重復(fù)使用。該平臺(tái)易于放大和調(diào)整，并能與各種治療性分子（包括DNA和抗體）配合。它還可以使藥物經(jīng)皮膚遞送用于治療包括濕疹在內(nèi)的其他皮膚病，并通過靶向介導(dǎo)多種疾病通路的基因來提高長(zhǎng)期療效。

論文通訊作者Samir Mitragotri博士表示：“外用乳膏劑治療皮膚病已有數(shù)百年歷史，但皮膚對(duì)大多數(shù)物質(zhì)是非常有效的屏障，這限制了它們的功效。能夠給這道屏障架起‘橋梁’，將核酸療法直接遞送進(jìn)皮膚細(xì)胞，是尋求靶向、有效療法的巨大進(jìn)步。”

參考資料：

1# Abhirup Mandal et al. Treatment of psoriasis with NFKBIZ siRNA using topical ionic liquid formulations. Science Advances (2020)

2# Getting under the skin of psoriasis (來源：哈佛大學(xué)哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所官網(wǎng))