核酸药物递送、核酸药物递送系统及基因治疗
与以往的纳米载体相比，新型铁蛋白载体具有明显的独特性，有潜力成为核酸药物——的良好“快递员”，包括独特的笼状空间结构，可以轻松高效地负载药物，并具有天然的抗肿瘤靶向性、功能修饰和优异的体内安全性。如何准确定位药物，“将其送到指定的地方”不仅是患者关心的问题，也是科研人员的重要研究方向之一。对于这个问题，研究人员有了新的答案。中国科学院生物物理研究所颜希云院士团队在对铁蛋白结构分析的基础上，选择性地将铁蛋白内表面带负电的氨基酸突变为带正电，构建了铁蛋白载体内腔带正电荷，携带核酸。这种新型铁蛋白载体实现了Toll样受体核酸配体的有效负载，能够安全、高效、更准确地在体内递送药物，有效增强抗肿瘤免疫治疗的疗效。相关研究成果近期发表在《今日纳米》上。核酸载体的研究进展如何？新型铁蛋白载体的研究成果能否进一步推广？未来核酸药物及其载体的研究方向是什么？核酸药物的发展需要安全、高效的递送系统。综上所述，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），是生命最基本的物质之一。核酸药物是指活性成分为核酸分子的药物，包括天然核酸和化学修饰核酸。 “传统小分子药物或抗体药物的治疗靶点通常是蛋白质，往往与靶蛋白的某个‘口袋’结合，因此其发展依赖于蛋白质的三维结构。相比之下，核酸药物酸性药物直接作用于靶蛋白或靶mRNA，从上游根源调控致病基因的表达，具有治疗靶点明确、长效高效的优点，用于精准治疗。在治疗肿瘤、病毒感染性疾病、代谢性疾病、遗传性疾病、罕见病等疾病方面显示出显着优势。”中国科学院生物物理研究所研究员范克龙解释道。范科龙表示：“然而，目前核酸药物的转化应用受到其体内递送问题的严重限制，主要表现在四个方面，包括核酸在体内不稳定，容易被酶降解；核酸药物的免疫原性问题。外源性核酸分子易引发体内免疫清除；核酸药物组织渗透性差，细胞利用率低，其亲水性和负电荷使其难以穿透细胞膜并被细胞摄取；核酸药物进入细胞后很难有效到达作用位点。”如果把核酸药物比作快递，将作用位点比作收货人，那么核酸药物的体内递送就很难了。更容易理解。首先，由于结构、特性等因素，“核酸快件”本身包装不够到位，属于“易碎物品”。同时，它是“外来物品”，在过程中存在“损坏”或“丢失”的可能性；其次，“核酸快车”的“提货信息”——与收货人的外部身份和内部特征不符，存在“拒收”的可能；最后，由于“核酸快车”缺乏“路线识别”“良好导航”，因此可能无法成功敲开“收件人”的大门。因此，核酸药物的研发需要安全、高效充当核酸药物“快递员”的核酸载体也随之出现。 核酸药物及其载体的研究已有几十年的历史，2000年前后，国际上掀起了核酸药物研究的热潮。 1998年，揭示了核酸药物研究的重要基础RNA干扰（RNAi）的机制；2001年和2002年，RNA干扰连续两次被《科学》杂志评为十大科学进展之一； 2006年，RNA干扰机制的发现者荣获诺贝尔生理学或医学奖。
遗憾的是，核酸药物研究的热潮并没有持续多久。多年来，核酸药物及其载体研究的技术瓶颈一直没有关键突破。装载、靶向递送和药物释放等问题仍未解决，相关研究一度陷入低谷。近年来，现实问题和实际需求为核酸载体的研究提供了新思路，推动了相关研究的进一步发展。铁蛋白载体有潜力成为金牌“信使”。现在，一些能够有效负载药物的核酸载体已经出现，但它们在充当“快递员”时仍然存在各种先天不足。目前正在研究的核酸载体可分为病毒载体和非病毒载体。两种载体都有各自的优点和缺点。在核酸递送中，病毒载体虽然具有较高的细胞转染效率，但也可能存在免疫原性、潜在致癌风险、严重遗传毒性等安全问题。目前，核酸药物的主要递送载体包括脂质纳米粒（LNP）和糖核酸缀合物。范科隆表示，现有的纳米载体可能存在细胞毒性、与血液成分和非靶组织的非特异性相互作用、毛细血管堵塞、代谢问题和载体免疫原性等风险因素。与以往的纳米载体相比，新型铁蛋白载体明显具有独特性，有潜力成为核酸药物的良好“快递员”。首先，铁蛋白具有独特的笼状空间结构。中空的内腔可用于封装药物，载药率高。内腔的装载方式也能有效保证药物在体内输送过程的稳定性和安全性。其次，铁蛋白能够实现简单有效的载药。铁蛋白纳米笼具有可逆自组装能力，小分子药物可以通过拆卸-重组过程装载到内腔中。第三，铁蛋白具有天然的肿瘤靶向特性。这赋予了铁蛋白作为肿瘤靶向药物载体的优异性能以及在肿瘤靶向治疗中的独特优势。研究表明，铁蛋白载体在肿瘤组织中高度富集。与游离药物相比，铁蛋白负载药物在肿瘤细胞中的浓度可提高近10倍。也就是说，铁蛋白有自己的“导航系统”，可以携带核酸药物到达它们应该去的地方。最后，铁蛋白在功能上是可修饰的。研究人员可以通过基因和化学手段对其外表面相应的功能成分进行修饰，进一步赋予铁蛋白针对不同疾病的多样化靶向特性和更丰富的诊断和治疗功能。通俗地说，“铁蛋白就是一个篮子”。只要稍加改造，就可以将多种核酸药物放入其中，因此具有治疗多种疾病的潜力。此外，铁蛋白具有出色的体内安全性。铁蛋白的低免疫原性、高生物相容性和易降解性保证了其作为体内递送载体的安全性，也为铁蛋白载体在生物医学领域的转化应用奠定了基础。当然，为了利用铁蛋白的优点，研究人员必须调整其缺点。铁蛋白结构的天然电负性限制了核酸负载。为了解决这一问题，团队利用基因工程方法，在不影响内腔装载空间的情况下，以点突变的形式实现了铁蛋白内部表面电荷从“负”到“正”的转变，解决了铁蛋白内部表面电荷从“负”到“正”的转变。加载问题的基本问题。至此，铁蛋白内表面已成功“改造”，成为核酸药物的“快递员”，其各种优势也得到了发挥。
下一步将是修改铁蛋白以增强其“运输能力”。目前，团队关于这种新型铁蛋白载体的研究成果已进入临床前试验阶段，并将在1-2年内进入临床阶段。当然，从在实验室证明铁蛋白可以很好地充当核酸药物“快递员”，增强肿瘤治疗的功效，到铁蛋白通过临床试验成功证明其能够胜任核酸“快递员”的工作。酸性药物，中间还有很多东西。还有很长的路要走。但可以预见的是，铁蛋白的作用远不止于此。 “铁蛋白具有天然的脑靶向性和穿越血脑屏障的能力，这使得铁蛋白在治疗恶性脑肿瘤和中枢神经系统相关疾病方面具有独特的优势。因此，利用铁蛋白来装载和递送脑部疾病”相关核酸酸性药物将是一个非常有前景的研究方向。”范科龙说，“铁蛋白目前只能负载小核酸药物，对于mRNA等大分子量核酸药物还存在负载瓶颈。管腔空间的拓展和改造、大管腔铁蛋白家族其他成员的核酸装载潜力评估、高效安全的外部装载都是未来需要考虑和探索的方向。 ”范科龙补充道：“除了肿瘤靶向。此外，铁蛋白作为一种内源性蛋白质，可能还具有其他需要被发现的生物学特性，而下一个新特性的发现可能会开启铁蛋白药物载体的新篇章。”
