基于Nppa mRNA激活的条件性siRNA可编程核糖开关靶向治疗病理性心脏重构

本研究针对心力衰竭(HF)治疗中靶向病理性心肌肥厚的临床需求，开发了由Nppa mRNA激活的条件性siRNA(Cond-siRNA)核糖开关系统。研究人员通过设计特异性识别心肌细胞(CM)应激标志物Nppa的RNA传感器，实现了对促肥厚关键基因钙调磷酸酶(CaN)的选择性沉默。实验证实该系统在体外模型和心脏芯片(HOC)中能有效抑制CaN/NFATc1信号通路，减轻心肌细胞肥大，且不引起肌肉萎缩或免疫细胞功能异常。该研究为HF的精准治疗提供了新型RNA靶向策略。

　　

心脏疾病领域长期面临一个严峻挑战：尽管心力衰竭(HF)全球患者已超过2600万，但现有疗法仅能延缓症状进展，无法有效阻断从病理性心肌肥厚向终末期HF的恶性转化。这种"心脏过度生长"现象背后，钙调磷酸酶(Calcineurin, CaN)信号通路扮演着关键角色，然而传统抑制剂因缺乏组织特异性，在抑制心肌肥厚的同时会引发免疫抑制等严重副作用。

来自麻省总医院心血管研究中心(Cardiovascular Research Center, Massachusetts General Hospital)和哈佛医学院的跨学科团队，在《Molecular Therapy Nucleic Acids》发表了一项突破性研究。他们巧妙利用心肌细胞特有的"分子呼救信号"—当心脏承受压力负荷时，心肌细胞会大量表达心房钠尿肽(ANP)编码基因Nppa mRNA。研究人员以此为生物标志物，设计出只有在检测到Nppa mRNA时才会激活的"智能开关"——条件性siRNA(Cond-siRNA)系统。这种可编程核糖开关能精准识别病态心肌细胞，定向沉默其中的CaN基因，犹如为每个病变细胞配备了专属的基因"制动装置"。

研究团队采用多学科交叉技术：通过生物信息学筛选心肌应激特异性RNA传感器；运用Nupack软件优化核酸二级结构；建立体外心肌细胞肥大模型(PE刺激和缺氧/复氧)和心脏芯片压力超负荷(PO)模型；采用qPCR和Western blot验证靶基因沉默效率；通过免疫荧光分析心肌细胞面积变化。特别值得注意的是，实验使用来自新生大鼠心室肌细胞(NRVMs)和H9c2细胞系构建的工程化心肌组织，在模拟人体循环压力的芯片装置中验证治疗效果。

【Identification of specific sensors and design of the Cond-siRNA targeting cardiac hypertrophy】

研究人员首先系统筛选心肌应激标志物，发现Nppa在缺氧、苯肾上腺素(PE)刺激和主动脉弓缩窄(TAC)等模型中表达最为稳定。以Nppa 3'UTR区域为传感器，设计了三链结构的Cond-siRNA：包含识别Nppa的传感器链、CaN siRNA引导链和连接二者的核心链。通过化学修饰(锁核酸LNA和胆固醇偶联)增强稳定性和细胞穿透性，成功构建了三代Cond-siRNA(1st G、2nd G和Chol. Conj)。

【Evaluation of the in vitro efficiency of activation of the Cond-siRNA construct by the sensor and ability to block its target gene】

实验证实Cond-siRNA能特异性进入心肌细胞(NRVMs)，在PE刺激下Nppa表达升高时，1 nM剂量即可使CaN mRNA降低50%。与商业siRNA不同，该系统在静息心肌细胞或非心肌细胞(心脏成纤维细胞和Jurkat T细胞)中保持"沉默"，证明其精准的细胞类型选择性。Western blot显示CaN蛋白水平和下游NFATc1核转位显著减少。

【Treatment of NRVMs with the Cond-siRNA leads to inhibition of NFATc1's nuclear translocation and pathological hypertrophy without promoting myocyte atrophy】

关键发现是Cond-siRNA在1-10 nM浓度范围内，能有效抑制PE诱导的心肌细胞肥大标志物(MYH7/Myh6比值升高、细胞面积增加)，但不会激活肌肉萎缩基因Murfl。高浓度(30 nM)时虽增强CaN沉默效果，却会触发萎缩通路，提示治疗窗的存在。

【Evaluation of Cond-siRNA in a heart-on-chip model under pressure-overload condition】

在模拟临床压力超负荷的心脏芯片模型中，1st G Cond-siRNA展现出动态响应能力：仅在PO条件下(非静态培养)选择性沉默Ppp3ca亚型，使心肌纤维直径减小27%，同时逆转病理性Myh7/Myh6比值变化。这种"按需激活"特性使其显著优于传统siRNA的持续抑制作用。

这项研究开创性地将RNA传感器的疾病识别能力与siRNA的基因沉默功能相结合，解决了靶向治疗领域的关键难题。其科学价值体现在三方面：首先，证实基于内源性RNA生物标志物的条件性基因调控可行性；其次，揭示CaN抑制的"Goldilocks效应"—适度抑制可逆转肥厚而不诱发萎缩；最后，建立从分子设计到器官芯片验证的完整研发链条。相较于当前临床试用的CaN抑制剂(如环孢素)，该策略将作用范围精确限定于病变心肌细胞，避免全身免疫抑制风险。研究者特别指出，未来可通过组合不同传感器，构建针对多靶点的"智能治疗网络"，为HF的精准医疗开辟新途径。这项来自美国顶尖医疗机构的成果，已通过Switch Therapeutics公司进行转化开发，展现出良好的临床转化前景。