脂质纳米颗粒介导的肺组织优化基因编辑在人类囊性纤维化模型中的局部应用研究

推荐：本研究针对囊性纤维化(CF)患者因CFTR基因突变导致的肺功能障碍，开发了基于CRISPR的脂质纳米颗粒(LNP)递送系统。通过优化辅助脂质、基因编辑工具比例及sgRNA修饰，在3D类器官模型中实现12.7%的CFTRR1162X突变校正，结合临床用黏液溶解剂dornase alpha预处理使编辑效率倍增，为不可成药突变提供了潜在治疗方案。

　　

囊性纤维化(CF)是一种由CFTR基因突变引发的致命遗传病，患者肺部会形成异常粘稠的黏液，导致反复感染和呼吸衰竭。虽然CFTR调节剂药物能改善部分患者症状，但对约10%携带无义突变的患者无效。CRISPR基因编辑技术为根治CF带来希望，但如何穿透致密的肺黏液屏障精准递送编辑工具仍是重大挑战。

《Journal of Controlled Release》最新研究报道了加拿大不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)团队开发的突破性解决方案。研究人员设计出新型脂质纳米颗粒(LNP)，通过系统性优化离子化脂质组成（LNP H配方）、sgRNA:Cas9 mRNA比例(3:1)及全链2′-O-甲基化修饰的sgRNA，在原发性支气管上皮细胞(NHBE)中实现50%的模型基因HPRT编辑效率。当应用于更接近人体病理状态的3D支气管上皮模型时，编辑效率因黏液屏障降至5%，但采用临床批准的黏液溶解剂dornase alpha预处理后提升至12.7%。特别值得注意的是，该团队首次在哺乳动物细胞中验证了新型腺嘌呤碱基编辑器ABE9p-SpRY的功效，在CF患者来源的鼻上皮细胞中成功校正CFTR^R1162X无义突变，编辑效率达11.8%。

关键技术包括：1) 多参数LNP配方优化（离子化脂质pKa7.1、DOPE辅助脂质）；2) 基于PrimeTime qPCR的基因编辑定量；3) 模拟人体黏液屏障的3D气液界面培养模型；4) 新型ABE9p-SpRY碱基编辑器构建；5) 短电路电流测量验证CFTR功能恢复。

主要研究发现：

1. LNP组成优化：DOPE-LNP在NHBE中展现最佳转染效率，而含特定离子化脂质的LNP H将编辑效率从7-9%提升至30%。
2. 免疫应答调控：RNA测序显示未修饰Cas9 mRNA会激活干扰素通路，但伪尿苷修饰或免疫抑制剂处理未显著改善编辑效率。
3. sgRNA工程化：全链2′-O-甲基化修饰的sgRNA配合LNP H使编辑效率突破50%，内体逃逸增强剂SO1861使RNP编辑效率提升至15%。
4. 3D模型验证：在含完整黏液-纤毛屏障的3D模型中，LNP H实现7%编辑，dornase alpha预处理通过降低黏液粘度（扩散系数从20.9×10^-2提升至40.9×10^-2 μm²/s）使效率翻倍。
5. 临床突变修复：新型ABE9p-SpRY在CFTR^R1162X患者细胞中实现12%的基因水平校正，优于既往电转染技术的8%。

这项研究的重要意义在于：首次在人类3D疾病模型中实现临床相关水平的CRISPR-LNP递送，证实即使5-10%的编辑效率即可潜在恢复CFTR功能。通过"基因载体优化+临床辅剂联用"的策略克服了肺黏液递送障碍，为CF及其他遗传性肺病（如表面活性蛋白缺乏症）的局部基因治疗开辟新途径。未来研究将聚焦于LNP气溶胶化技术开发，以推动该疗法向临床转化。