《Biomaterials》：A translational systems medicine approach to devising nanotherapeutics for targeted intervention of MASLD
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代谢性脂肪性肝病（MASLD）及其进展型MASH因多因素致病和缺乏有效疗法成为重大临床挑战。本研究通过整合临床转录组数据和蛋白互作网络，发现ERN1/IRE1α在MASLD进展中起关键调控作用。基于此，开发出新型肝靶向脂质纳米颗粒（LNP）K6LNP，包裹选择性ERN1抑制剂KIRA6和抗氧化剂α-生育酚，有效降低MCD饮食诱导小鼠模型中肝脂沉积、炎症及纤维化。该研究提出系统生物学指导下的精准纳米疗法新范式，为复杂肝病治疗提供新思路。
罗振宇|吴静怡|徐邦豪|吴东阳|钟毅|郝梦轩|徐一然|杨俊涵|王毅|Volker M. Lauschke|应松敏|程宁涛
中国浙江省杭州市浙江大学药学院药物信息学研究所，邮编310058
摘要
代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（MASLD）及其进展形式——代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH），由于其多因素病因和可用治疗方法的匮乏，给临床带来了巨大负担。尽管已经确定了许多潜在的治疗靶点并进行了大量临床试验，但迄今为止仅有一种药物被批准用于治疗MASH。本研究提出了一种基于综合性、多学科方法的新治疗设计策略。通过分析临床转录组数据集，我们发现ERN1（IRE1α）是未折叠蛋白反应的核心成分，是MASLD进展中的关键调控节点。基于这一发现，我们设计了一种肝选择性活性氧（ROS）清除脂质纳米颗粒（LNP），其中封装了选择性ERN1激酶抑制剂KIRA6。在由蛋氨酸-胆碱缺乏（MCD）饮食诱导的MASLD小鼠模型中的临床前评估显示，该纳米颗粒显著减少了肝脏脂质积累和炎症，并显著减轻了肝纤维化。我们的发现为MASLD/MASH提供了一种可行的治疗候选方案，并为针对复杂多因素疾病的病理生理学导向治疗策略的开发提供了概念框架。
引言
代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（MASLD），以前称为非酒精性脂肪肝病（NAFLD），影响全球约25%的人口，已成为肝硬化和肝细胞癌（HCC）的主要原因[1][2]。其进展形式——代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH），是由代谢功能障碍、胰岛素抵抗和慢性炎症之间的复杂相互作用驱动的，这些病理过程涉及肝细胞脂毒性、库普弗细胞激活以及细胞外基质稳态的破坏[3]。尽管经过数十年的研究，MASLD的治疗选择仍然有限，晚期临床试验的失败率高达80%以上，主要是由于治疗靶点不特异、药物递送系统不完善以及肝毒性问题[4]。目前的干预措施效果有限：生活方式的改变长期依从性较差[5]，而药物选项（如维生素E、吡格列酮）疗效不佳[6][7]。即使是唯一被批准用于MASH的药物resmetirom，在关键随机对照试验中也仅对30%的患者改善了纤维化[8]，这凸显了迫切需要新的治疗策略，以满足靶点特异性和递送效率的要求。
当前MASLD疗法的局限性在药物递送方面尤为明显，这是生物材料科学能够独特解决的瓶颈问题。脂质纳米颗粒（LNPs）作为纳米医学中的变革性平台，凭借其优异的生物相容性、多样的封装能力和在核酸递送方面的临床成功而受到重视[9]。然而，传统的修饰方法（如PEG化）虽然延长了药物在体内的循环时间，但引入了空间障碍，从而影响了肝细胞的摄取[10][11]，这种权衡削弱了递送效率——这是推进基于LNPs的肝脏疾病治疗的关键问题。
为了解决这一差距，需要一种范式的转变：将病理学见解与合理的生物材料设计相结合。系统医学为识别MASLD等多因素疾病中的可操作靶点提供了强大的工具，在这些疾病中，分子冗余性掩盖了关键的中介因素。在本研究中，我们利用临床转录组数据集（GSE105127、GSE126848、GSE135251）和蛋白质-蛋白质相互作用网络的综合生物信息学分析，确定了ERN1（IRE1α）是MASLD进展的关键驱动因素。ERN1调节内质网应激，这是肝脏脂肪变性和炎症的关键因素[12]，其在MASLD相关通路中的上游位置（相对于FOS或IRS2）使其成为理想的治疗靶点。
在此，我们提出了一个将系统生物学驱动的靶点识别与先进生物材料工程相结合的转化框架。我们设计了一种优化用于肝脏的LNP制剂（K6LNP），该制剂封装了选择性ERN1抑制剂KIRA6和抗氧化剂α-生育酚，后者是K6LNP的关键稳定剂，且无需PEG化修饰。这一设计解决了MASLD治疗中的两个关键问题：（1）将KIRA6靶向递送到肝脏，克服了自由药物给药的局限性；（2）通过α-生育酚协同清除ROS，这一功能与ERN1抑制作用相结合，有助于减轻炎症和纤维化。我们在MCD饮食诱导的小鼠MASLD模型中验证了K6LNP的疗效，结果显示肝脏脂质积累减少、炎症减轻、纤维化逆转。这项工作不仅为MASLD/MASH提供了一种可行的治疗候选方案，还为开发针对复杂器官特异性疾病的合理LNP设计提供了蓝图——这种设计将生物材料特性与病理需求相匹配。这种方法强调了生物材料通过结合靶点特异性和精确递送来改变多因素疾病治疗的潜力。
部分摘录
化学物质和试剂
KIRA6和DPPH购自MedChemExpress（美国新泽西州蒙茅斯 junction）。卵磷脂酰（E80）和中链甘油三酯（MCT）购自Lipoid Co.（德国路德维希港）。PMA（目录号：P1585）、α-生育酚（目录号：258024）和脂多糖（LPS，目录号：L2630）购自Sigma-Aldrich Inc.（美国密苏里州圣路易斯）。胆固醇购自AVT Pharmaceutical Tech Co., Ltd.（中国上海）。DiD高氯酸盐（目录号：MB6190）购自Meilunbio（大连）。
筛选MASLD/NAFLD通路中的关键靶点
通过对三个RNA-seq数据集（GSE105127、GSE126848和GSE135251）的差异表达分析，比较了MASLD组和对照组候选基因的差异表达情况。利用KEGG MASLD/NAFLD通路中注释的基因构建了一个蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，包含146个节点和3572条边。通过分析评分（见材料与方法部分中的公式1），确定FOS、IRS2和ERN1（IRE1-α）为排名最高的基因。
讨论
针对代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（MASLD）及其进展形式——代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）等复杂疾病开发有效的治疗方法面临重大挑战，因为这些疾病的发病机制涉及多条失调的通路和多个分子靶点。尽管进行了大量研究和临床试验，MASLD/MASH的治疗选择仍然有限，目前仅有一种药物被批准使用。
结论
我们的研究表明，使用在肝脏中具有优先积累特性的脂质纳米颗粒来抑制ERN1具有治疗潜力。通过结合系统生物学进行靶点识别和先进纳米医学进行靶向递送，我们开发了一种治疗复杂肝脏疾病的新型有效方法。我们的发现不仅为MASH治疗中的ERN1抑制作用提供了机制依据和临床前证据，还为...
作者贡献声明
郝梦轩：验证、软件。钟毅：验证、软件。吴东阳：验证、方法学、研究。徐邦豪：可视化、验证、方法学、正式分析、数据管理。Volker M. Lauschke：撰写——审稿与编辑、方法学、概念化。王毅：方法学。杨俊涵：研究。徐一然：验证、软件。程宁涛：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法学、研究、资金支持。
利益冲突声明
VML是HepaPredict AB的联合创始人、首席执行官和股东，同时也是Shanghai Hepo Biotechnology Ltd的联合创始人及股东。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：82505034）和浙江大学医学院的生理科学创新实验计划的支持。我们感谢浙江大学医学院核心设施的Wang Jiajia和Huang Yingying提供的技术支持。同时，我们也感谢武汉Benagen Technology Co., Ltd在RNA-seq分析方面给予的技术协助。
