单次肌肉注射自我扩增的Nppa RNA以治疗心肌梗死

《SCIENCE》：Single intramuscular injection of self-amplifying RNA of Nppa to treat myocardial infarction

心肌梗死心肌修复 |

　　

编辑总结

当患者发生心肌梗死时，迅速干预可以防止死亡并限制缺氧损伤的进展，但治疗本身可能会由于快速再灌注环境下的氧化损伤而加重组织损伤。不幸的是，成人心脏无法自我再生，此前尝试诱导再生的方法要么具有侵入性，要么风险较高，要么效果不佳。为了解决这一问题，张等人设计了一种自扩增RNA脂质纳米颗粒，用于输送心房利钠肽基因，这种激素有助于维持心血管稳态（参见Ervijn和Sanders的观点文章）。在多种小鼠和猪的心肌梗死模型中，单次肌肉注射这种治疗方法被证明是安全且有效的，能够促进心脏的长期恢复，显示出其临床转化潜力。——Yevgeniya Nusinovich

结构化摘要

引言

心肌梗死（MI）会导致心肌细胞不可逆的丧失和不良重塑，最终发展为心力衰竭。尽管基于基因和RNA的疗法为心脏修复提供了有希望的策略，但目前的方法往往依赖于侵入性的心肌递送，或者受到传统mRNA表达时间短和蛋白质产量低的限制。因此，开发一种能够持久表达心脏保护因子的微创治疗平台仍然是心脏治疗领域的一个关键未满足需求。

研究背景

心房利钠肽（ANP）由A型利钠肽（Nppa）编码，是一种具有良好心脏保护作用的发展调控激素。我们观察到，在心肌梗死后，新生儿和成年小鼠的心脏中都会诱导出Nppa的表达；然而，在具有再生能力的新生儿心脏中，这种诱导的幅度明显更大。这种差异表明，较高的Nppa表达水平可能与更强的再生能力相关，而Nppa诱导不足可能会限制成人的心脏修复。为了解决这个问题，我们开发了一种通过脂质纳米颗粒（LNPs）递送的自扩增RNA（saRNA）疗法，以进一步促进Nppa的表达。与mRNA不同，saRNA能够在细胞内复制RNA，从而在显著较低的剂量下实现长时间的蛋白质表达。我们假设，单次肌肉注射编码天然Nppa的saRNA-LNP可以在体内建立一个“RNA工厂”，持续产生循环中的pro-ANP，这些pro-ANP在心脏中通过心脏蛋白酶corin的作用被选择性激活为活性ANP，从而在不直接干预心脏的情况下提供持久的心脏保护。

结果

在小鼠中，单次肌肉注射saNppa-LNPs可诱导出至少持续4周的强效pro-ANP分泌，其效果优于等剂量的mRNA。在急性心肌梗死和缺血/再灌注（I/R）损伤的小鼠模型中，saNppa-LNP治疗显著改善了左心室射血分数，减少了梗死面积，并减轻了纤维化。这些治疗效果在老年、动脉粥样硬化和糖尿病性心肌梗死模型中也得到了一致验证。此外，在猪的I/R模型中的大型动物研究进一步证实，单次肌肉注射能有效保护心脏功能并限制不良重塑。机制研究表明，单核转录组分析显示，saNppa-LNP治疗改变了利钠肽受体1阳性（Npr1+）内皮细胞和心外膜细胞的旁分泌特征，创造了有利于心肌细胞周期重新进入的促再生微环境，并抑制了促纤维化的Postn+成纤维细胞的增殖。纵向安全性评估仅显示了短暂的局部炎症反应，没有适应性免疫激活或全身性毒性的证据。

结论

我们的研究表明，单次肌肉注射saNppa-LNPs能够在多种物种和临床相关的损伤模型中提供强效且持久的心脏保护。通过利用saRNA的自扩增特性以及心脏特异性激活pro-ANP的作用，这种微创的一次性疗法可能为心脏修复提供一种安全、简单且有效的方法。

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用于持久心脏保护的肌肉注射型saNppa-LNP疗法。

单次肌肉注射saNppa-LNPs可以实现自扩增，并在28天以上的高产量下产生pro-ANP。循环中的pro-ANP在心脏中被蛋白酶corin选择性切割为活性ANP，激活心脏中的NPR1/cGMP信号通路。在等剂量下，这种微创且长效的方法比传统mRNA具有更好的心脏保护效果。GTP：三磷酸鸟苷；cGMP：环状鸟苷3′,5′-一磷酸；UTR：非翻译区。[使用BioRender.com创建的图片]

摘要

自扩增RNA（saRNA）能够通过单次给药实现持续的蛋白质表达。在这项研究中，我们开发了一种肌肉注射型saRNA脂质纳米颗粒（saNppa-LNP）疗法，用于心脏保护。单次注射可诱导持续4周的pro-心房利钠肽（pro-ANP）分泌；随后pro-ANP被心脏蛋白酶corin切割为活性ANP，在小鼠和猪的心肌梗死模型中表现出强大的心脏保护作用。在等剂量下，saNppa的效果优于传统mRNA。单核转录组分析确定利钠肽受体1阳性（Npr1+）内皮细胞和心外膜细胞是主要效应细胞，saNppa-LNP改变了这些细胞的旁分泌特征，促进了心肌细胞的再生并抑制了纤维化。纵向生物安全性评估未发现全身性毒性。综上所述，这些结果表明，一次性saNppa-LNP疗法提供了持久的心脏保护作用，支持了基于saRNA-LNP的心脏治疗方法的广泛潜力。