LNP递送CRISPR-mRNA，预防和治疗新冠，且不受病毒突变影响
来源:生物世界
新冠肺炎（COVID-19）的长期存在对于有效的治疗药物或疗法产生了巨大需求。美国食品药品监督管理局（FDA）已批了瑞德西韦（Remdesivir）作为抗新冠病毒药物，但瑞德西韦虽然缩短了康复时间，但并没有为新冠患者提供生存益处。FDA还批准了几种单克隆抗体的紧急使用授权，这些单克隆抗体可以减少新冠患者的住院和死亡，但单克隆抗体的有效性随着新冠突变株 Omicron 的出现而减弱甚至丧失。2021年12月，FDA还批准了两款抗新冠病毒口服药物的紧急使用授权，分别是辉瑞公司的 Paxlovid 和默克公司的 Molnupiravir，这两款口服药物在降低新冠感染者的住院和死亡风险方面效果显著，但它们能否预防新冠病毒感染还缺少明确证据。此外，Molnupiravir 在人体细胞中存在潜在致癌性问题，Paxlovid 在某些人群中存在耐受性问题。2022年7月25日，杜克大学医王前奔教授团队、俄亥俄州立大学刘善虑教授团队、董一洲教授团队合作，在 Nature Chemical Biology 期刊发表了题为：Cas13d knockdown of lung protease Ctsl prevents and treats SARS-CoV-2 infection 的研究论文。该研究首次证实 CRISPR-Cas13d（CasRx）可用于预防和治疗新冠病毒感染。具体来说，该研究使用改进的肺靶向性脂质纳米颗粒递送 CRISPR-Cas13d mRNA，特异性敲低肺部 Cstl 基因的 mRNA，从而阻断新冠病毒的感染，还可用于治疗新冠病毒感染。重要的是，该方法不仅提供了一种预防和治疗新冠病毒感染的全新方法，而且由于该方法不依赖于对特定病毒结构的识别，因此无论病毒如何变异，该方法都是有效的。该论文的通讯作者、杜克大学医学院病理学系王前奔教授表示，这项研究结果表明，CRISPR 技术代表了一种控制 SARS-CoV-2 感染的独特策略，应该作为一种潜在的治疗新冠肺炎的方法。组织蛋白酶L（CTSL），是一种分解蛋白质的酶，该蛋白酶在肺部含量丰富。长期以来，该蛋白酶被认为在 SARS-CoV-1、MERS-CoV 等冠状病毒，以及 SARS-CoV-2 的感染中发挥重要作用，能够帮助这些病毒进入宿主细胞并增殖。
多年来，其他研究团队一直试图使用 CTSL 抑制剂来阻止冠状病毒感染。体外细胞实验显示很有希望，但在动物身上进行的测试却显示出令人失望的结果。在这项最新论文中，研究团队使用了基于 CRISPR-Cas13d（CasRx）的 RNA 敲低技术，通过脂质纳米颗粒（LNP）递送 CRISPR-Cas13d 系统的 mRNA 的形式，以达到瞬时敲低 Ctsl 基因的 mRNA 的效果。这是因为 CTSL 酶本身在体内还发挥多种重要生理功能，因此不适合直接在 DNA 层面的敲除或在 mRNA 层面的长期敲低。由于 CTSL 主要存在于肺部，为了将 CRISPR-Cas13d mRNA 特异性递送到肺部，研究团队在 SORT-LNP 的基础上，调整了阳离子脂质体比例，构建了基于 MC3 的肺选择性纳米递送系统。SORT-LNP 由德州大学西南医学中心 Daniel Siegwart 教授实验室开发，通过在脂质纳米颗粒中添加第五种成分——SORT 脂质，可以改变 LNP 在体内的器官靶向特异性，并实现 mRNA 对肝脏以外器官的靶向递送。这种 SORT-LNP 可推广到多种肝外器官组织，实现对肺、肾脏乃至上皮细胞和免疫细胞等的 mRNA 递送。该论文于2020年4月发表于 Nature Nanobitechnology 期刊【2】，程强（现为北京大学未来技术学院研究员）、魏妥（现为中科院动物所研究员）为论文共同第一作者。使用这种改进的肺选择性纳米递送系统，研究团队成功将 Cas13d（CasRx）mRNA/gRNA 靶向递送到肺部，实现了对肺部 Ctsl 基因的 mRNA 的高效、特异性，且安全敲低了肺部 Ctsl 基因的 mRNA，显著减少了肺部的组织蛋白酶L（CTSL）。这不仅可以阻止新冠病毒进入并感染宿主细胞，实现预防的目的，还在治疗重度新冠感染上取得显著效果。使用这种基于纳米颗粒载体递送 CRISPR-mRNA 的新冠预防方法的好处显而易见，它的效果只持续数天，而不是像疫苗那样持续数月甚至数年。如果将其开发成喷雾吸入剂，就可以在需要的时候（例如乘飞机旅行或参加大型活动前）作为预防措施自行给药。更关键的是，这种方法不仅可以预防感染，还具有显著的治疗潜力，在重度感染新冠病毒的小鼠模型中成功降低了其肺部病毒载量，抑制了引发致病后果的免疫风暴，显著提高了重度感染新冠病毒的小鼠的存活率。
王前奔教授表示，这是第一项证明 CRISPR/Cas13 可用于治疗新冠病毒感染的研究，而且这种纳米递送系统将来可以很容易地应用到 RNA 病毒之外的 DNA 病毒的感染，例如乙型肝炎。
