利用电荷转化转运体实现mRNA在体内的选择性递送

分享一篇发表在JACS上的文章“Organ- and Cell-Selective Delivery of mRNA In Vivo Using Guanidinylated Serinol Charge-Altering Releasable Transporters”，通讯作者是来自斯坦福大学的Paul A. Wender和Howard Y. Chang，前者的研究方向是利用化学合成方法解决疾病中的生物学问题，后者的研究方向是基因遗传调控。

选择性RNA递送是是核酸相关临床研究的重要方向，其应用包括预防性和治疗性疫苗接种、癌症免疫疗法和基因组编辑等。尽管目前研究中mRNA递送系统的开发取得了诸多进展，但如何实现有效的器官和细胞选择性靶向递送或摄取仍然是一个重大挑战。其中一种解决策略是“电荷转化的可释放转运体”（Charge-Altering Releasable Transporters，CART），由低聚物组装而成，在低pH（<5.5）下该转运体与mRNA形成稳定包装的复合体，但在生理的中性pH（~7.4）下，转运体转化为不带电荷的副产物，并实现mRNA在细胞内的释放。

在本文中，作者基于此类CART分子的研究，将常用的铵阳离子基团更换为胍基以络合聚阴离子（mRNA），其分子基于胍基化丝氨醇，称为GSer-CART。一方面，胍基可以和磷酸负离子基团形成电荷及氢键的双重稳定相互作用，而在转运之后该复合物内的胍基可以迅速通过环化级联反应转化为电中性的副产物，从而有效与mRNA解开相互作用。体外细胞实验中，这系列GSer-CART分子显示出有效的细胞摄取和mRNA翻译水平。

随后在动物的体内实验中作者发现，通过调整GSer-CART分子中的侧链化学结构和配方参数即可实现高选择性的肺（高达96%）或脾（高达98%）的靶向递送和器官内蛋白质表达，而无需在小鼠静脉内给药时使用靶向配体。这一性能优于先前领先的CART分子和商业mRNA递送试剂，也是mRNA靶向递送至除肝脏和肌肉外其他器官的一大突破。

最后，作者还将该体系用于递送circRNA，该类RNA可以诱导有效的T细胞免疫，并在腹膜内给药CART时产生肿瘤清除效果。实验结果表明GSer-CART/circOVA 复合物的注射引起了强烈的抗肿瘤反应并有效抑制小鼠肿瘤生长。且血液代谢物和炎性细胞因子分析证明了GSer-CART/mRNA复合物是无毒的，说明该系统同时具有高效性和稳定性、生物耐受性。