《Journal of Controlled Release》：Elastin production by mRNA technology for rejuvenation of aged skin
编辑推荐：
石颖颖|娄泽良|陈亚琪|徐健|张志勋|张祖勇|高月|王毅|尤健浙江大学药学院，中国浙江省杭州市余杭塘路866号，310058摘要弹性蛋白是弹性纤维的关键成分，它赋予组织机械弹性和柔韧性，同时促进皮肤组织内的细胞相互作用，从而调控细胞外基质（ECM）的有序结构和损伤修复。尽管弹性蛋
石颖颖|娄泽良|陈亚琪|徐健|张志勋|张祖勇|高月|王毅|尤健
浙江大学药学院，中国浙江省杭州市余杭塘路866号，310058
摘要
弹性蛋白是弹性纤维的关键成分，它赋予组织机械弹性和柔韧性，同时促进皮肤组织内的细胞相互作用，从而调控细胞外基质（ECM）的有序结构和损伤修复。尽管弹性蛋白的半衰期很长，但成年后其合成会停止。由内在和外在因素引起的弹性蛋白损伤会导致皮肤弹性的不可逆丧失，这是皮肤衰老的标志。mRNA技术与基于脂质纳米颗粒（LNP）的递送系统相结合，为弹性蛋白的从头合成提供了平台。然而，对于再生治疗应用而言，mRNA-LNP必须克服其固有的免疫原性和与衰老相关的慢性炎症微环境的干扰，这些因素可能会抑制mRNA的翻译效率并加剧“炎症–弹性蛋白缺乏–ECM丧失”的循环。本文构建了编码弹性蛋白前体原弹性蛋白（tropoelastin，TE）的mRNA，并通过LNP将其递送，以促进从头弹性蛋白的生成，对抗UVB诱导的光老化和模拟D-半乳糖引起的自然皮肤衰老。该研究使用了含有Timonacic的LNP，这种成分可以提高TE mRNA的翻译效率并减轻炎症反应。这一策略打破了皮肤衰老的内在循环，为皮肤年轻化提供了一种潜在的治疗途径。
引言
弹性蛋白是细胞外基质（ECM）的关键成分。弹性纤维由弹性蛋白核心（占成熟纤维的约90%）和富含纤维蛋白的微纤维外围层组成，是一种高度耐用且不溶的生物聚合物，能够经历反复的拉伸-回缩循环。它们为皮肤、肺、心血管系统、软骨和肌腱等弹性组织提供机械弹性、柔韧性和细胞相互作用能力，从而调控ECM的组织结构并促进损伤修复。弹性蛋白的半衰期约为74年，使其成为已知最稳定的蛋白质之一[1]。然而，其合成从青春期开始下降，并在成年后停止。Mei H. Swee等人的研究表明，弹性蛋白的生成和维持受到胚胎/新生儿阶段转录后机制的调控[2]。由于弹性蛋白缺乏生理性的更新和修复机制，遗传疾病、损伤和衰老（如酶降解、氧化损伤、糖基化、钙化和机械疲劳）导致的损伤会引发弹性蛋白的损伤（如弹性蛋白分解），进而导致弹性组织完整性和弹性的不可逆丧失[3]。
虽然弹性蛋白仅占真皮总蛋白质的2%（而胶原蛋白占75%），但它对皮肤弹性至关重要。作为人体最大的器官，皮肤因弹性纤维的退化和降解而失去弹性，这是皮肤衰老的标志。弹性纤维既是ECM的结构支架，也是其中的协调者。它们的断裂和丧失会导致其他ECM成分（如胶原蛋白）的逐渐减少，并促进炎症介质（如基质金属蛋白酶MMPs）和免疫细胞的招募，进一步加速皮肤衰老[4]，[5]。
许多旨在缓解或逆转皮肤衰老的研究都集中在恢复皮肤胶原蛋白的丢失上。然而，胶原蛋白的半衰期相对较短，无法长期维持皮肤的强度、紧致度和弹性。此外，传统的胶原蛋白补充剂主要来源于动物，如猪皮、牛腱和鱼皮，这引发了关于疾病传播、免疫排斥以及提取过程中结构变性导致生物活性降低的担忧。相比之下，弹性蛋白的卓越耐久性为长期改善皮肤弹性提供了有希望的替代方案。弹性蛋白的生成依赖于单体前体原弹性蛋白（tropoelastin，TE）的合成和分泌，随后沉积到微纤维支架上，并通过交联形成成熟纤维[6]，[7]，[8]。然而，目前的方法，如注射重组异源弹性蛋白或弹性蛋白肽，无法诱导功能性弹性蛋白的生成，且可能引发免疫反应。另一方面，基于质粒DNA的弹性蛋白补充剂存在基因组整合和表达谱失控的风险。mRNA技术的进步现在为从头合成弹性蛋白提供了平台，无需担心基因组整合[9]。特别是核苷修饰和脂质纳米颗粒（LNP）递送系统的进步显著提高了基于mRNA的疗法的效率和安全性，为功能性弹性蛋白的恢复提供了可行的途径[10]，[11]，[12]，[13]，[14]。
在皮肤组织中，成纤维细胞是产生真皮ECM所有成分、维持ECM微环境稳态以及参与ECM更新和重塑的主要细胞。刺激成年真皮成纤维细胞重新启动弹性蛋白合成可能是一种对抗皮肤衰老的有希望的治疗策略。编码人类TE的mRNA可以在体外转染到人类成纤维细胞中，或者离体转染到猪皮中以诱导弹性蛋白的生成[15]。可电离的基于脂质的LNP显著提高了mRNA的递送效率。然而，LNP的固有免疫原性不容忽视[16]，[17]。研究表明，将封装有编码细胞外基质α1型I胶原蛋白（COL1A1）的mRNA的LNP注射到小鼠背部皮肤中会引发免疫副作用[18]。此外，衰老的皮肤特征是慢性炎症[5]，[19]，这可能会抑制mRNA翻译的效力和持久性[20]，[21]。因此，在使用TE mRNA（mTE）-LNP介导的衰老皮肤弹性蛋白补充的情况下，提高mRNA翻译效率并打破与年龄相关的慢性炎症、弹性蛋白缺乏和ECM逐渐丧失的循环至关重要。
在我们之前的工作中，我们对美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物库（包含193种化合物）进行了高通量筛选，发现了一系列能够调节mRNA疗法翻译效率的化合物[22]。其中，DL-泛醇和Timonacic显示出显著的增强mRNA表达的潜力。值得注意的是，这两种化合物都具有抗氧化活性、皮肤保护和促进成纤维细胞增殖等内在特性。因此，我们开发了含有DL-泛醇或Timonacic的优化mRNA-LNP配方。这些mTE纳米颗粒配方在光老化和自然老化的皮肤中均诱导了强烈且持久的弹性蛋白表达，最终促进了皮肤年轻化。
章节片段
材料
Timonacic（也称为DL-硫丙氨酸；CAS编号：444–27-9）、DL-泛醇（CAS编号：16485–10-2）和D-泛醇（CAS编号：81–13-0）均来自MedChemExpress有限公司（美国新泽西州）。1,2-二肉豆蔻酰-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇-2000（DMG-PEG2000）、胆固醇、(6Z,9Z,28Z,31Z)-庚三二十-6,9,28,31-四烯-19-基4-(二甲氨基)丁酸酯（DLin-MC3-DMA）和1,2-十二烷酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DSPC）均购自AVT（上海）制药技术有限公司。
无论是时间性衰老还是环境诱导的外在衰老，都会导致组织发生深刻变化，从分子层面的改变到宏观结构的变化。为了研究皮肤衰老的潜在调控靶点，我们首先分析了不同年龄组人类皮肤组织中的关键衰老相关基因特征和通路激活谱。
根据世界卫生组织（WHO）的标准，年龄组缩写如下：青少年（A）：<18岁
讨论
在这项研究中，我们分析了不同年龄组人类皮肤组织中的衰老分子特征，发现了与年龄相关的弹性丧失和炎症诱导现象。为了解决这些问题，我们构建了mTE并将其使用LNP进行递送。然而，mTE-LNP的转染仅产生了有限的弹性蛋白，并引发了一定的炎症反应，这可能是由于LNP的固有免疫原性所致。鉴于这些限制，我们参考了DL
石颖颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，验证，项目管理，方法学，研究，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。娄泽良：项目管理，方法学，研究，资金获取。陈亚琪：项目管理，数据管理。徐健：资源获取，项目管理。张志勋：项目管理。张祖勇：资源获取。高月：
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
本工作得到了中国国家重点研发计划（2023YFC340200）、国家自然科学基金（82404520、824B2106）、杭州重点医学学科建设基金（2025HZZD06）、浙江“先锋”和“领头雁”研发计划（2025C01110）以及杭州科技发展计划项目（20241203A13）的支持。
