Science Advances：RNA疗法结合创新递送技术，让牛皮癣不再“牛”

牛皮癣（银屑病）是一种慢性炎症性皮肤病，会造成皮肤红肿、发痒以及鳞状的结痂，困扰着全球1.25亿人。像类固醇这样的小分子药物可以穿透皮肤来治疗这种疾病，但它们会引起皮肤刺激和变薄，并且功效会随着时间的推移而降低。靶向银屑病特定炎症相关分子的抗体已经被开发出来，但由于它们不能通过皮肤递送，所以一般通过注射方式给药，这无疑限制了患者对它们的接受度，此外还可能会产生全身性副作用。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院的研究人员已经通过使用离子液体（ionic liquid，IL）组合成功地在银屑病模型小鼠中实现了小干扰RNA (siRNA) 疗法的皮肤递送。这种创新的治疗方式避免了现有疗法的局限性，并显着降低了炎症细胞因子水平和银屑病症状，且无全身性副作用。这项成果于7月22日发表在Science Advances上。

图片来源：Science Advances

合成siRNA是一种非编码的双链RNA分子，通过破坏目标基因的RNA转录物来「沉默」该基因。这种能力也使它们成为无需改变患者细胞中DNA就能治疗疾病的非常有吸引力的候选者。然而，由于RNA是亲水性大分子，因此很难穿过细胞的疏水膜，它们在医学上的应用受到了阻碍。

在这项新研究中，哈佛大学研究小组利用最近发现的一种离子液体（IL）来应对这一挑战。IL本质上是盐类，室温下呈液态。基于早期对IL与脂质相互作用的研究，研究人员预感IL可以稳定siRNA，并提高其穿透脂质细胞膜的能力，实现局部基因沉默。

研究人员首先建立了一个不同IL的库，然后对它们的组合进行测试，以确定哪些具有他们想要的物理和化学特性。他们研究了一种CAGE（胆碱和香叶酸）和CAPA（胆碱和苯丙酸）的混合物，这种混合物有助于相关siRNA分子保持其结构完整性，并增加siRNA在健康小鼠皮肤中的渗透性。

当「裸」siRNA应用于小鼠皮肤时，其吸收能力较差（中）。用CAGE+CAPA离子液体能使其更容易渗透进表皮（右）。（图片来源：Science Advances）

当将CAGE+CAPA混合物作为一种粘稠的外用液体涂在活体小鼠的皮肤上时，研究人员没有观察到炎症或刺激现象，这表明混合物是无毒的。

由于IL是一种相当新的材料，因此预测其与需要被递送「货物」的相互作用具有挑战性。于是研究人员进行了分子动力学模拟，以模拟和理解CAGE+CAPA溶液如何在分子水平上与siRNA和细胞膜相互作用。

模拟结果显示IL-siRNA复合物的成分离子与RNA碱基对有强烈的化学相互作用，预测这种复合物具有优秀的稳定性。该模型还表明，由于IL中的离子能够紧密地堆积在一起，形成聚集体，增强了复合物破坏细胞膜并允许siRNA进入的能力，因而导致了更高的细胞膜渗透性。

分子动力学模拟表明CAGE+CAPA离子液体中的不同种类离子（红色、蓝色、紫色）与siRNA原子（白色）发生强烈的相互作用，有助于保持其结构。（图片来源：Science Advances）

确定了有效的递送工具后，研究人员将其与一种被设计以沉默NFKBIZ基因的siRNA（NFKBIZ siRNA）结合。NFKBIZ基因与银屑病相关的许多炎症分子的上调有关。他们将CAGE+CAPA混合物与siRNA一起应用于银屑病样疾病小鼠的皮肤上4天，然后将这些小鼠与IL-对照siRNA组、IL单独组以及未接受治疗组的小鼠进行比较。

与其他实验组相比，给予IL-NFKBIZ siRNA治疗明显减少了模型小鼠的表皮增厚、红肿及鳞屑。此外，小鼠皮肤细胞中NFKBIZ和其他银屑病相关基因产物的表达显着降低。这首次证明了IL-siRNA复合物可通过局部给药后在体内沉默目标基因，在分子和肉眼可见水平上诱导治疗效果。

B）用IL-NFKBIZsiRNA对银屑病小鼠进行局部治疗，并与未治疗组和应用IL组进行比较。C）银屑病在小鼠皮肤中诱发时会引起炎症（左）。当用不含siRNA的离子液体治疗时，炎症恶化（中）。当用IL-siRNA复合物治疗时，炎症减轻（右）。（图片来源：Science Advances）

总的来说，这项研究开发出一个能够将RNA递送进表皮的经皮给药IL平台，其与RNA疗法相结合能有效沉默银屑病关键信号靶基因。优化后的IL配方没有显示毒性，可以重复使用。该平台易于放大和调整，并能与各种治疗性分子（包括DNA和抗体）配合。它还可以使药物经皮肤递送用于治疗包括湿疹在内的其他皮肤病，并通过靶向介导多种疾病通路的基因来提高长期疗效。

论文通讯作者Samir Mitragotri博士表示：「外用乳膏剂治疗皮肤病已有数百年历史，但皮肤对大多数物质是非常有效的屏障，这限制了它们的功效。能够给这道屏障架起‘桥梁’，将核酸疗法直接递送进皮肤细胞，是寻求靶向、有效疗法的巨大进步。」

原始出处：
Abhirup Mandal et al. Treatment of psoriasis with NFKBIZ siRNA using topical ionic liquid formulations. Science Advances, 2020.