文 | 白露

牛皮癬（銀屑病）是一種慢性炎癥性皮膚病，會造成皮膚紅腫、發(fā)癢以及鱗狀的結痂，困擾著全球1.25億人。像類固醇這樣的小分子藥物可以穿透皮膚來治療這種疾病，但它們會引起皮膚刺激和變薄，并且功效會隨著時間的推移而降低。靶向銀屑病特定炎癥相關分子的抗體已經被開發(fā)出來，但由于它們不能通過皮膚遞送，所以一般通過注射方式給藥，這無疑限制了患者對它們的接受度，此外還可能會產生全身性副作用。

哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所和John A. Paulson工程與應用科學學院的研究人員已經通過使用離子液體（ionic liquid, IL）組合成功地在銀屑病模型小鼠中實現了小干擾RNA (siRNA) 療法的皮膚遞送。這種創(chuàng)新的治療方式避免了現有療法的局限性，并顯著降低了炎癥細胞因子水平和銀屑病癥狀，且無全身性副作用。這項成果于7月22日發(fā)表在Science Advances上。

圖片來源：Science Advances

合成siRNA是一種非編碼的雙鏈RNA分子，通過破壞目標基因的RNA轉錄物來“沉默”該基因。這種能力也使它們成為無需改變患者細胞中DNA就能治療疾病的非常有吸引力的候選者。然而，由于RNA是親水性大分子，因此很難穿過細胞的疏水膜，它們在醫(yī)學上的應用受到了阻礙。

在這項新研究中，哈佛大學研究小組利用最近發(fā)現的一種離子液體（IL）來應對這一挑戰(zhàn)。IL本質上是鹽類，室溫下呈液態(tài)?；谠缙趯L與脂質相互作用的研究，研究人員預感IL可以穩(wěn)定siRNA，并提高其穿透脂質細胞膜的能力，實現局部基因沉默。

研究人員首先建立了一個不同IL的庫，然后對它們的組合進行測試，以確定哪些具有他們想要的物理和化學特性。他們研究了一種CAGE（膽堿和香葉酸）和CAPA（膽堿和苯丙酸）的混合物，這種混合物有助于相關siRNA分子保持其結構完整性，并增加siRNA在健康小鼠皮膚中的滲透性。

當“裸”siRNA應用于小鼠皮膚時，其吸收能力較差（中）。用CAGE+CAPA離子液體能使其更容易滲透進表皮（右）。（圖片來源：Science Advances）

當將CAGE+CAPA混合物作為一種粘稠的外用液體涂在活體小鼠的皮膚上時，研究人員沒有觀察到炎癥或刺激現象，這表明混合物是無毒的。

由于IL是一種相當新的材料，因此預測其與需要被遞送“貨物”的相互作用具有挑戰(zhàn)性。于是研究人員進行了分子動力學模擬，以模擬和理解CAGE+CAPA溶液如何在分子水平上與siRNA和細胞膜相互作用。

模擬結果顯示IL-siRNA復合物的成分離子與RNA堿基對有強烈的化學相互作用，預測這種復合物具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性。該模型還表明，由于IL中的離子能夠緊密地堆積在一起，形成聚集體，增強了復合物破壞細胞膜并允許siRNA進入的能力，因而導致了更高的細胞膜滲透性。

分子動力學模擬表明CAGE+CAPA離子液體中的不同種類離子（紅色、藍色、紫色）與siRNA原子（白色）發(fā)生強烈的相互作用，有助于保持其結構。（圖片來源：Science Advances）

確定了有效的遞送工具后，研究人員將其與一種被設計以沉默NFKBIZ基因的siRNA（NFKBIZ siRNA）結合。NFKBIZ基因與銀屑病相關的許多炎癥分子的上調有關。他們將CAGE+CAPA混合物與siRNA一起應用于銀屑病樣疾病小鼠的皮膚上4天，然后將這些小鼠與IL-對照siRNA組、IL單獨組以及未接受治療組的小鼠進行比較。

與其他實驗組相比，給予IL-NFKBIZ siRNA治療明顯減少了模型小鼠的表皮增厚、紅腫及鱗屑。此外，小鼠皮膚細胞中NFKBIZ和其他銀屑病相關基因產物的表達顯著降低。這首次證明了IL-siRNA復合物可通過局部給藥后在體內沉默目標基因，在分子和肉眼可見水平上誘導治療效果。

B）用IL-NFKBIZsiRNA對銀屑病小鼠進行局部治療，并與未治療組和應用IL組進行比較。C）銀屑病在小鼠皮膚中誘發(fā)時會引起炎癥（左）。當用不含siRNA的離子液體治療時，炎癥惡化（中）。當用IL-siRNA復合物治療時，炎癥減輕（右）。（圖片來源：Science Advances）

總的來說，這項研究開發(fā)出一個能夠將RNA遞送進表皮的經皮給藥IL平臺，其與RNA療法相結合能有效沉默銀屑病關鍵信號靶基因。優(yōu)化后的IL配方沒有顯示毒性，可以重復使用。該平臺易于放大和調整，并能與各種治療性分子（包括DNA和抗體）配合。它還可以使藥物經皮膚遞送用于治療包括濕疹在內的其他皮膚病，并通過靶向介導多種疾病通路的基因來提高長期療效。

論文通訊作者Samir Mitragotri博士表示：“外用乳膏劑治療皮膚病已有數百年歷史，但皮膚對大多數物質是非常有效的屏障，這限制了它們的功效。能夠給這道屏障架起‘橋梁’，將核酸療法直接遞送進皮膚細胞，是尋求靶向、有效療法的巨大進步。”

參考資料：

1# Abhirup Mandal et al. Treatment of psoriasis with NFKBIZ siRNA using topical ionic liquid formulations. Science Advances (2020)

2# Getting under the skin of psoriasis (來源：哈佛大學哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所官網)