经工程化改造的长链非编码RNA（lncRNA）脂质纳米粒疗法可缓解LPS诱导的急性和系统性炎症

《Science Signaling》：Human and mouse long noncoding RNAs reengineered for exogenous delivery reduce LPS-induced inflammation in human macrophages and mice

本文聚焦于利用长链非编码RNA（lncRNA）治疗急性炎症这一新兴领域。研究人员通过序列优化、化学碱基修饰（如m1Ψ、Ψ、m5C）和脂质纳米粒（LNP）递送系统改造了三种抗炎lncRNA（GAPLINC、MIST、DRAIR），构建了新型lncRNA疗法。研究表明，优化后的lncRNA-LNP能够在小鼠巨噬细胞和全身性炎症模型中，特异性地降低关键促炎细胞因子（IL-1β、TNFα、IL-6）的表达，从而有效减轻LPS诱导的炎症反应。这项工作不仅为治疗急性炎症（如脓毒症）提供了全新的核酸药物范式，也证明了lncRNA作为一种可工程化治疗工具的潜力。

　　

在生物医药的广阔天地中，信使RNA（mRNA）和小干扰RNA（siRNA）等核酸药物已崭露头角，但在人类转录组中占据更大版图的长链非编码RNA（lncRNA）却长期被忽视，其治疗潜力远未开发。lncRNA不编码蛋白质，却能精细调控基因表达，在包括炎症反应在内的多种生命过程中扮演关键角色。系统性炎症，如威胁生命的脓毒症，常导致多器官功能障碍和高死亡率，现有治疗方案主要以非RNA生物制剂和小分子药物为主，亟需新型治疗策略。能否将具有天然抗炎功能的lncRNA“改造”成精准打击炎症的“生物导弹”，成为一个极具吸引力的科学命题。Pang等人发表在《Science Signaling》的研究，正是对这一前沿领域的勇敢探索。他们成功地将三种具有抗炎潜力的lncRNA——GAPLINC、MIST和DRAIR——重新工程化，并装载入脂质纳米粒（LNP），构建了一套全新的lncRNA治疗平台，在小鼠和人类细胞模型中有效对抗了由脂多糖（LPS）引发的急性炎症，为炎症性疾病的治疗开辟了前所未有的新路径。

为完成这项研究，作者团队运用了多项关键技术。首先，他们建立了体外转录（IVT）合成与高效液相色谱（HPLC）纯化的工作流程，以制备高纯度、全长度的lncRNA。其次，系统优化了lncRNA的分子特征，包括5‘端帽、3’端多聚腺苷酸尾以及Ψ、m¹Ψ、m⁵C等化学碱基修饰，以提升其稳定性、功能特异性并降低免疫原性。第三，研究采用了脂质纳米粒（LNP）作为体内递送系统，并优化了其配方（如使用OC2-K3-E10离子化脂质）和纳米材料与RNA的质量比（从7:1优化至20:1），以提高封装效率和靶向性。关键的体外功能验证在RAW-Dual报告细胞系（一种可同时报告NF-κB和IRF通路活性的小鼠巨噬细胞系）中进行。体内疗效则在C57BL/6小鼠的LPS诱导系统性炎症模型中进行评估，通过静脉注射给予lncRNA-LNP，并于6小时后采集血清，使用Luminex多重检测技术定量分析多种细胞因子和趋化因子的水平。此外，研究还使用了人外周血单核细胞（PBMC）来源的单个核细胞/巨噬细胞来验证临床转化潜力。

研究结果

外源性GAPLINC LNP可减少巨噬细胞中LNP诱导的炎症

研究人员首先以GAPLINC为概念验证分子，发现经IVT合成的GAPLINC在缺少5‘帽和3’尾结构时，在RAW-Dual细胞中抑制LPS诱导的核因子κB（NF-κB）激活的效果最佳。通过反向高效液相色谱（RP-HPLC）纯化，可以获得去除双链RNA（dsRNA）污染物的单一lncRNA物种。这些结果为后续生产无帽无尾的lncRNA奠定了基础。

外源性lncRNA在体外对NF-κB激活的抑制作用依赖于碱基修饰

接下来，团队测试了化学碱基修饰对三种lncRNA功能的影响。在RAW-Dual细胞中，使用Lipofectamine转染时，未经修饰及经过Ψ、m¹Ψ或m⁵C修饰的GAPLINC、MIST和DRAIR均能不同程度地减弱LPS诱导的NF-κB激活。然而，不同修饰对干扰素调节因子（IRF）通路（反映RNA免疫原性）的激活影响各异。例如，Ψ或m¹Ψ修饰的GAPLINC能最小化IRF活性，而m⁵C修饰则可能增加其活性，表明碱基修饰可精细调控lncRNA的功能和免疫特性。

GAPLINC在体内降低IL-1β，且其功效对化学碱基修饰敏感

将纯化后的lncRNA封装入LNP（使用OC2-K3-E10离子化脂质）进行体内测试。在LPS诱导的系统性炎症小鼠模型中，未经修饰及Ψ、m¹Ψ、m⁵C修饰的GAPLINC LNP均能显著降低血清中白细胞介素-1β（IL-1β）的水平，其中Ψ修饰的效果尤为突出，甚至可将IL-1β降至与磷酸盐缓冲液（PBS）对照组相似的水平。机制研究表明，Ψ修饰的GAPLINC能在转录水平上短暂降低小鼠和人类细胞中Il1b基因的表达，其效果与靶向Il1b的siRNA相当。通过将纳米材料:RNA质量比优化至20:1，GAPLINC LNP的封装效率（EE）提升至85%，并在极低剂量（0.10 mg/kg）下仍能持续6小时有效降低IL-1β，且未观察到器官毒性。

系统性给予Ψ修饰的MIST可在体内降低TNFα

对于MIST，研究发现Ψ修饰的MIST LNP能特异性降低血清中肿瘤坏死因子-α（TNFα）的水平，但对白细胞介素-6（IL-6）和IL-10影响不大。有趣的是，在细胞水平，Ψ修饰的MIST并未降低Tnf基因的表达，提示其可能通过转录后机制间接调控TNFα的蛋白生产，而非直接抑制其转录。

Ψ修饰的DRAIR在转录水平降低体内IL-6

对于DRAIR，所有测试的修饰形式（未修饰、Ψ、m¹Ψ、m⁵C）的LNP均能降低血清IL-6和TNFα水平。其中，Ψ修饰的DRAIR LNP还能增加抗炎细胞因子IL-10。基因表达分析证实，Ψ修饰的DRAIR能在转录水平短暂抑制Il6的表达，但对Tnf的转录无显著影响，表明其对TNFα的降低作用可能源于其他机制。

研究结论与意义

该研究成功建立并验证了一种将内源性lncRNA重新工程化为外源性治疗药物的全新平台。其主要结论在于：首先，证明了经过序列、碱基修饰和LNP递送系统优化后的lncRNA（GAPLINC、MIST、DRAIR）能够作为有效的治疗剂，在体内外模型中减轻LPS诱导的急性炎症。其次，揭示了化学碱基修饰（如Ψ、m¹Ψ、m⁵C）能够精细调控lncRNA的功能特异性、效力和免疫原性，例如Ψ修饰在增强GAPLINC抑制IL-1β能力的同时降低了其免疫刺激。第三，阐明了不同lncRNA可能通过 distinct 的分子机制发挥作用：GAPLISC和DRAIR分别在转录水平上调控Il1b和Il6，而MIST则可能通过转录后方式影响TNFα。

这项研究的里程碑式意义在于，它首次将lncRNA确立为一类全新的、可工程化的核酸药物形态，打破了当前核酸疗法主要集中于mRNA、siRNA等短链RNA的局限。它不仅仅提供了一种治疗急性炎症（如脓毒症）的潜在新方案，更重要的是，其建立的从设计、合成、修饰、纯化到递送和功能验证的完整工作流程，为未来开发针对其他疾病（如癌症、自身免疫病、代谢性疾病）的lncRNA疗法铺平了道路。通过利用自然界已进化出的、功能多样的lncRNA库，并结合精准的工程化改造，本研究为扩展“可成药”靶点空间、解决未被满足的临床需求开辟了一个充满希望的新前沿。