作为一种新型疗法，RNA 药物具有的研发周期短、生产成本低、效果强、安全性好的天然优势。目前 mRNA 疗法的临床工作集中在疫苗接种、蛋白质替代疗法和遗传疾病的治疗上。随着 mRNA 制造和细胞内递送方法设计上的进步，使得 mRNA 疗法的临床转化成为可能。然而，mRNA 制剂的广泛应用仍然受到对改进递送系统需求的限制。
mRNA 有效进入人体细胞是一个非常具有挑战性的过程。作为一种外源核酸，裸露的 mRNA 很容易被免疫系统识别，进入体内后会被核酸酶迅速降解。因此，使用裸 mRNA 作为疫苗的药理作用会大大降低。为提高 mRNA 治疗剂的免疫效率，需要特殊的递送系统来保护施用的 mRNA 免受核酸酶的影响并递送至细胞中。目前，mRNA 疫苗以及现有的基因疗法大都通过病毒载体或脂质纳米颗粒输送到细胞中。
阳离子脂质体是第一种用于 mRNA 疫苗的脂质体递送材料。脂质体是由单层或多层磷脂组成的球形囊泡。囊泡具有含有靶基因的水核，通常使用含有极性头部基团和非极性尾部的材料制备。这些基团之间的疏水和亲水相互作用致使囊泡形成。带正电的阳离子脂质可以通过静电相互作用与带负电的 mRNA 聚集，形成称为脂质复合物（lipoplex, LP）的多层囊状复合物。封装在 LP 中的 mRNA 不易接触 RNase，因此可以在不降解的情况下递送。然而，由于阳离子脂质在生理条件下也带正电荷，它们很可能与生物体液中的其他带负电荷的分子相互作用，也很容易被免疫细胞捕获，导致递送效果不佳。
脂质体纳米颗粒（Liposome nanoparticles, LNP）是稳定的颗粒，由阳离子脂质、辅助脂质、胆固醇和聚乙二醇（PEG）的脂质双层壳组成，包含可以携带 mRNA 有效载荷的水核。脂质体与纳米材料结合后，分子结构中存在大量受 pH 影响产生质子化的氨基，这些氨基可以中和核酸表面的负电荷，使核酸结构被压缩和包附，通过纳米脂质体材料将核酸包裹在内部，避免受到核酸酶的降解。然而，部分脂质体纳米基因载体存在粒径过大、转染效率低、生物相容性差等缺点，限制了其在生物和医学领域的广泛应用。
2021 年 8 月 20 日，张锋教授及其团队在 Science 上发布了题为“Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery”的重磅研究论文。该研究开发了一种名为 SEND（Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery）的 mRNA 递送新系统，通过使用哺乳动物逆转录病毒样蛋白将 mRNA 递送到特定的靶细胞群中。张锋等人表示，这种方法有可能扩展为具有重复给药潜力的弱免疫原性递送平台，这极大地开阔了“核酸治疗的应用”。
逆转录病毒和逆转录元件的一个共同特征是具有称为“gag”的核心结构基因。已知该基因的哺乳动物同源物可以形成病毒样衣壳，以保护其遗传物质并在细胞之间转移 mRNA。为了进一步探索逆转录转座子蛋白的功能，张锋教授带领研究团队对人类基因组中的逆转录转座子蛋白进行了系统的筛选，寻找潜在可以运输 RNA 的蛋白质。初步分析显示，人类基因组中有 48 种基因可能编码了逆转录转座子蛋白。其中，有 19 种蛋白质同时存在于小鼠和人类中。
PEG10 是一种逆转录病毒样蛋白，通过祖先病毒感染将自身整合到人类基因组中进行基因表达。在体外研究中，研究人员发现 PEG10 是一种高效的 RNA 载体蛋白。相比于其他逆转录转座子蛋白，PEG 10 在哺乳动物细胞内穿透性更强，且本身就参与 RNA 运输。该研究发现，可以通过 Peg10 侧翼感兴趣的基因重新编程未翻译区域。利用这种可重编程性，可通过设计小鼠和人类 PEG10 来包装、分泌和递送特定的 RNA，由此开发了用于细胞递送的 SEND 系统。
张锋教授（图片来自 wikipedia）
现有的病毒载体一般只能注射一次，不能持续给药，因为病毒可能会引起人体的不良免疫反应，还会加速药物的清除速度，具有较大的局限性。而 SEND 平台所用的 RNA 载体均来源于体内天然蛋白，这意味着这一系统不会触发机体免疫反应，副作用会大大降低。未来，SEND 系统或将替代纳米脂质体和病毒载体，成为新一代最适合基因疗法的载体。接下来，该团队将会在动物体内测试 SEND，并进一步设计和开发更多的逆转录转座子蛋白，以便将更多针对不同疾病类型的 RNA 递送至各个组织和细胞。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/373/6557/882
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