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第四军医大学袁丽君/邢长洋等Biomaterials丨工程化外泌体联合临床超声造影剂实现肝细胞靶向mRNA递送治疗家族性高胆固醇血症

发布时间:2026-07-17

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文献溯源

原名:Synergistic "targeting and blockade" strategy via engineered exosomes and clinical ultrasound contrast agent for hepatocyte-targeted mRNA delivery

译名:通过工程化外泌体和临床超声造影剂实现肝细胞靶向mRNA递送的协同"靶向与阻断"策略

期刊:Biomaterials

影响因子:13.6

发表时间:  2026.6.22

链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42341362/

01

研究内容

纯合子家族性高胆固醇血症(HoFH)是一种由低密度脂蛋白受体(LDLR)基因功能缺失突变导致的严重遗传性疾病,患者几乎完全丧失LDLR功能,常规降脂药物(如他汀、依折麦布、PCSK9抑制剂)疗效甚微,目前主要依赖脂蛋白血浆置换或肝移植等侵入性手段。鉴于LDLR主要在肝细胞表达,通过基因治疗手段将功能性Ldlr mRNA靶向递送至肝细胞以恢复LDR表达,被视为从根本上治疗HoFH的理想策略。然而,外泌体等纳米载体在体内面临两大核心挑战:一是单核吞噬细胞系统(MPS)介导的快速清除,二是肝脏非实质细胞(如库普弗细胞)的非特异性摄取,导致靶向效率低下。

本研究开发了一种名为Szd + AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ的整合递送平台,采用"靶向与阻断"双策略协同增效。靶向策略方面,利用APOA1-CD63-MCP融合蛋白对HEK293T细胞来源的外泌体进行表面修饰,使APOA1展示于外泌体表面,通过APOA1与肝细胞高表达的SR-BI受体的特异性结合实现肝细胞靶向;阻断策略方面,利用临床超声造影剂Sonazoid(Szd)预先饱和库普弗细胞的吞噬能力,创造短暂的治疗窗口以减少外泌体的非特异性清除。同时,通过MCP-MS2适配体系统将Ldlr mRNA高效装载入外泌体内部,构建了兼具靶向、载药和MPS逃逸功能的工程化外泌体系统。

在Ldlr⁻/⁻小鼠HoFH模型中,联合治疗组(Szd + AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ)展现出最优的治疗效果:肝细胞LDLR蛋白表达显著恢复,血清总胆固醇、甘油三酯和LDL-C水平大幅降低(血清由乳糜状恢复至近乎透明),主动脉粥样硬化斑块面积显著缩小,且Masson三色染色提示斑块稳定性增强。安全性评估显示,该策略未引起主要器官(心、肝、脾、肺、肾)的病理损伤,肝肾功能指标正常,炎症因子水平无显著变化,甚至ALT和AST水平较对照组降低,提示其具有良好的生物相容性和潜在肝保护作用。

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该示意图系统展示了"靶向与阻断"协同策略治疗家族性高胆固醇血症的整体设计:首先在Ldlr⁻/⁻小鼠模型中,先静脉注射Sonazoid(临床超声造影剂),0.5小时后再注射AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ工程化外泌体;其底层机制分为左右两部分——左侧"阻断"策略中,Sonazoid被库普弗细胞(Kupffer cell)摄取后使其吞噬能力饱和,从而阻止外泌体被单核吞噬细胞系统非特异性清除,实现巨噬细胞逃逸;右侧"递送"策略中,AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ外泌体表面的APOA1与肝细胞膜上的SR-BI受体特异性结合,介导外泌体被肝细胞靶向摄取,最终将装载的Ldlr mRNA递送至肝细胞内恢复LDLR功能,达到治疗目的。


02

研究亮点及创新点

1.创新的"靶向与阻断"协同策略:本文突破性地将主动靶向与宿主环境调控相结合,而非单纯修饰载体本身。APOA1修饰赋予外泌体肝细胞特异性(通过SR-BI受体介导内吞),而Sonazoid预先饱和库普弗细胞则创造了"免疫静默窗口"。这种"双管齐下"的设计同时解决了靶向递送和MPS清除两大瓶颈,实现了1+1>2的协同效应——联合组肝细胞摄取量显著高于单纯靶向组,库普弗细胞摄取量则显著降低。

2.临床转化导向的"老药新用"思路:研究选用Sonazoid作为库普弗细胞阻断剂具有显著的临床转化优势。Sonazoid是已获批的临床超声造影剂,其氢化磷脂酰丝氨酸钠外壳可被库普弗细胞通过清道夫受体高效摄取,安全性已得到临床验证。相较于复杂的载体表面CD47修饰等免疫逃逸策略,利用已上市药物暂时性调控宿主生理环境,避免了新辅料带来的监管审批障碍,大大缩短了从实验室到临床的路径。

3.高效的MCP-MS2 mRNA装载系统:针对mRNA分子量大、被动装载效率低的问题,研究设计了MCP-MS2适配体捕获系统。将MS2衣壳蛋白(MCP)融合于外泌体膜蛋白CD63的C端,同时在Ldlr mRNA的3'端引入MS2茎环序列,利用两者的高亲和力相互作用实现定向封装。该系统使外泌体中Ldlr mRNA含量提升约800倍,且装载的mRNA稳定性显著提高(4°C储存3周仍保持较高水平),同时不影响翻译效率,为mRNA的高效递送提供了可推广的技术平台。


科研思维积累

1."问题导向"的系统设计思维:研究始终围绕HoFH治疗的临床痛点展开:LDLR功能缺失→需要基因替代疗法→mRNA是理想工具→但缺乏高效靶向递送系统→外泌体是天然载体→但面临MPS清除和非靶向摄取。每一步推导都基于前一步发现的问题,最终自然引出"靶向+阻断"的整合解决方案。这种从临床需求出发、层层拆解科学问题的思维方式,避免了为技术而技术的盲目性,确保了研究的应用价值。

2."借力打力"的转化医学思维:研究团队敏锐地意识到,与其耗费巨大精力开发全新的MPS逃逸材料,不如利用已上市药物的已知生物学特性解决问题。Sonazoid本身被库普弗细胞吞噬的特性在超声成像中是其"副作用",但在此研究中被巧妙转化为治疗优势。这种"化弊为利"、从现有临床工具中寻找解决方案的思维,体现了高度的转化医学意识,也大幅提升了研究成果的临床可及性。

3."对照严谨"的因果推断思维:研究设置了六组平行对照(PBS、Szd、Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ、AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ、Szd+Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ、Szd+AP@Exoᴱ⁻ᴸᵈˡʳ),通过逐步添加变量(mRNA装载→靶向修饰→阻断策略),清晰地证明了各组分的独立贡献和协同效应。特别是在体外实验中,通过SR-BI敲低实验(siRNA干扰)证实APOA1介导的摄取依赖于SR-BI受体,通过MCP/MS2单独表达对照证实装载系统的必要性,这些"减法实验"强化了因果关系的可信度。

专家简介
袁丽君

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袁丽君,空军军医大学唐都医院超声科主任,主任医师,教授,博士生导师。国务院政府特殊津贴专家,国家百千万人才工程入选者,有突出贡献中青年专家,入选陕西省科技创新领军人才,陕西省科技创新团队带头人、陕西省三秦英才特殊支持计划-创全国一流团队带头人等。主要从事心血管疾病超声诊断及超声分子影像研究工作,现任中国超声医学工程学会常务理事、中华医学会超声医学分会常务委员、中国医师协会超声医学分会常务委员、陕西省医学会超声医学分会副主委、陕西省医促会超声医学专委会名誉主任委员等。


专家简介
邢长洋

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邢长洋,空军军医大学唐都医院超声医学科副教授、副主任医师、研究员,博士及博士后导师。入选全国博士后创新人才、军队青年科技英才、陕西省青年科技新星。主要从事心血管超声工作,现任陕西省医促会超声医学专委会主任委员、中华医学会超声医学分会青年委员、陕西省超声医学工程学会常务委员、《中华超声影像学杂志》通讯编委、《中华医学超声杂志(电子版)》通讯编委、《生理学报》青年编委。

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