背景：
利用mRNA-脂质纳米颗粒(LNPs)治疗癌症患者一直是一个正在进行的研究领域，在这些多功能纳米颗粒成功用于COVID-19疫苗之前就开始了。目前，人们正在努力利用这一平台进行肿瘤治疗，主要集中在针对多种新抗原的癌症疫苗或直接在肿瘤内注射编码促炎细胞因子的mRNA-LNPs。
简介：
2023年8月16日，来自以色列George S. Wise生命科学学院Shmunis生物医学和癌症研究学院的Dan Peer教授课题组在Nat Rev Clin Oncol（IF: 78.8）杂志上发表题为“Targeting cancer with mRNA–lipid nanoparticles: key considerations and future prospects”的文章[1]。在这篇文章中，作者描述了在肿瘤学应用中使用mRNA-LNPs的机会，并讨论了将这些纳米颗粒的临床前研究结果成功转化为临床所面临的挑战。考虑到生理、技术和制造方面的挑战，作者批判性地评估了各种mRNA-LNP靶向和递送策略的潜力。在最适合每种方法的潜在临床应用的背景下探索这些方法，并强调目前需要解决的障碍，以实现这些应用。最后，作者提供临床前和临床研究的见解，这些见解导致这个强大的平台被认为是肿瘤治疗的下一个前沿。
主要结果：
mRNA-脂质纳米颗粒(LNPs)的概述。
LNPs通常由四种脂质成分组成，它们混合形成直径为50-150nm的均匀球体，用于封装RNA有效载荷。四种常见成分是:磷脂、胆固醇、“隐形”脂质和可电离脂质。可电离脂质有一个头基团，它在低于生理pH值时带电，但在生理pH值时是中性的，从而防止由阳离子脂质引起的直接炎症毒性。可电离脂质既封装带负电荷的核酸有效载荷，又使有效载荷在酸性pH水平下释放到胞质中(图1)。尽管可电离脂质已经被广泛研究，但配方的所有成分以及它们的比例如何影响生物分布、mRNA表达以及生物和/或生理效应是正在进行的研究领域。
靶向策略。
被动靶向。
被动靶向方法是将mRNA-LNPs传递到组织和细胞而不使用靶向部分修饰其表面的方法。在肿瘤学中，这种方法用于靶向可接近的肿瘤以及非恶性组织，如脾脏和淋巴结，以进行抗肿瘤免疫调节。
通过肿瘤内给药的被动靶向。肿瘤内给药mRNA-LNPs是递送纳米颗粒最简单的方法，用于大多数mRNA翻译被物理限制在肿瘤区域的情况。大多数肿瘤的血管组织差，缺乏淋巴引流和高细胞外基质(ECM)密度可以限制LNPs从注射部位向此类肿瘤的扩散。这些特征也可以限制LNPs进入肿瘤深部，即使在瘤内施用，但也可以限制有效载荷由于泄漏而脱靶表达。因此，一些基于mRNA-LNPs的癌症治疗的临床前研究已经使用肿瘤内注射来表达细胞因子和毒素，以及CRISPR-Cas9介导的癌基因靶向。在临床环境中，为了决定肿瘤内给药是否相关，医生必须考虑所需剂量的数量，以及肿瘤分期、肿瘤类型和注射可及性方面的肿瘤生理学;例如，这种方法适用于黑色素瘤患者。尽管肿瘤有保留颗粒的倾向，但瘤内注射LNP并不一定局限于肿瘤区域，影像学研究表明，瘤内注射后LNP在肝脏和淋巴器官中积累。
内源性靶向。
用mRNA-LNPs被动靶向肝脏以外难以接近的实体肿瘤是一个艰巨的过程。为了到达肿瘤床，静脉给药的mRNA-LNPs必须安全通过血管系统，避免全身清除，外渗到肿瘤部位，穿透肿瘤内部，并在细胞内递送到癌细胞。这些阶段中的每一个都包含多种障碍，这些障碍也取决于疾病状态和肿瘤结构。
一旦LNPs被静脉注射，它们就会迅速吸附血清蛋白，从而改变其运输和内化的途径，如网格蛋白介导的和巨噬细胞增多的途径。一般来说，由于血清蛋白在循环中的吸附，LNPs在全身给药后在肝脏中积累。最值得注意的是，载脂蛋白E包裹LNPs，并通过与LDL受体结合促进其进入肝细胞。为了延长循环时间，PEG-linked脂质经常被纳入LNP配方。
图1：mRNA-LNP传递到细胞中
主动靶向策略。
主动靶向被许多人认为是药物传递的圣杯。在mRNA-LNPs的背景下，主动靶向包括通过修饰纳米颗粒表面的靶向部分，从小分子配体到单克隆抗体，将其递送到特定的细胞类型。当针对癌细胞时，主动靶向方法的优势在于它们促进了mRNA-LNPs的细胞摄取，这对于基于核酸的有效载荷的活性至关重要。当针对非恶性细胞时，主动靶向方法可以将mRNA传递到不太可能吸收LNPs的细胞中，并可以作为活的抗肿瘤疗法，如淋巴细胞。例如，使用靶向CD4的mRNA-LNPs转染小鼠中30-50%的T细胞(而使用其他方法则为10%)。
图2：mRNA-LNPs靶向肿瘤的策略
临床实现。
正在进行的基于mRNA-LNPs的肿瘤治疗试验侧重于局部给药癌症疫苗或肿瘤内表达免疫刺激细胞因子混合物联合ICIs。测试的方法通常在选择抗原或使用细胞因子方面有所不同。迄今为止，大多数基于全身给药的方法，如癌症疫苗，都使用mRNA脂丛。这些是以脂质为基础的纳米颗粒配方，通过混合预制的阳离子脂质脂质体和RNA形成，产生自组装的分子组织。LNPs和脂质复合物在脂质组成、制备方法和形态上有所不同。据报道，mRNA脂丛在体内可引发促炎细胞因子，并且由于其表面RNA有效载荷的潜在解丛，在循环中比mRNA-LNPs具有更大的聚集倾向。
治疗方案通常包括多次注射;例如，在一项II期试验中，BNT111与抗PD-1抗体cemiplimab联合使用6至8次。另一个例子是针对胰腺癌的个性化癌症疫苗的临床试验。在这项研究中，治疗方案包括给予ICI和1至8剂量的个性化癌症疫苗，然后每两周服用12次氟尿嘧啶、亚叶酸钙、伊立替康和奥沙利铂(FOLFIRINOX)。这些多种注射方案可导致LNP反应性，脂质随时间在组织中积累，并被抗药物抗体清除。然而，BNT111获得了FDA的快速通道指定，用于治疗转移性黑色素瘤，这表明在目前的开发阶段，这些患者的益处被认为大于潜在的缺陷。
图3：LNPs抗体功能化策略
展望:设计考虑。
除了改进靶向策略外，mRNA-LNPs的使用还面临一些挑战。其中一个挑战是mRNA-LNPs在冰箱温度下的不稳定性，这被认为是由mRNA有效载荷的固有不稳定性而不是LNP载体的不稳定性驱动的。非冷冻和冻干制剂的临床试验正在进行中;尽管如此，这一挑战与传染性原预防性疫苗(NCT05137236, NCT05085366, NCT04816669)的分发更为相关，而不是肿瘤学应用。其次，LNPs不是惰性的，可以增加宿主体内的细胞因子水平，引起立即的炎症。这种特性可能有利于免疫治疗的目的;然而，补体激活相关的假过敏反应在给药mRNA-LNP后通常归因于LNP的PEG-脂质成分。此外，在接种基于mRNA-LNPs的COVID-19疫苗的个体中检测到抗PEG抗体。
图4：改进目标策略的未来方向
除了已经进入临床试验的应用之外，目前正在努力扩大mRNA-LNPs在肿瘤学中的潜在用途。首先，mRNA-LNPs被用于体内T细胞转染，以原位生成CAR-T细胞。与自体CAR-T细胞相比，这种方法的优点是缺乏基因组整合，生产成本降低，由于mRNA有效载荷的短暂性，毒性最小，这可以限制CAR-T细胞持续活性产生的不良全身免疫反应和毒性。利用针对CD4、CD3或CD5的抗体，已经实现了mRNA-LNPs对T细胞的活性靶向。
在肿瘤学中的另一个新兴应用是使用mRNA-LNPs使用CRISPR-Cas9等工具对靶细胞进行体内基因组编辑。在这种情况下，与合成蛋白相比，使用mRNA编码的基因组编辑蛋白的优势在于mRNA的瞬时表达，这限制了不良事件。在癌症研究中，CRISPR-Cas9编辑已被用于临床前研究，并且由于其能够引起永久性的特异性变化而具有吸引力。然而，基于CRISPR的靶向方法高度依赖于特异性地将有效载荷定向到靶细胞的能力。我们希望看到这种强大的工具被用于对抗细胞内癌症靶点，因为它将为基因修饰通常被认为是不可药物的靶点提供一个新的机会。
图5：mRNA-LNPs靶向肿瘤的被动和主动策略的考虑和潜在应用
我们认为，未来基于mRNA-LNPs的治疗方法的改进将主要针对提高细胞特异性表达，从而更特异性地到达细胞并减少脱靶表达，从而扩大潜在的应用范围。关于被动瞄准，正在努力利用人工智能工具描述制剂、结构和活动之间的关系。然而，该领域尚处于早期阶段，因此缺乏大型开放获取数据库，以详细记录LNP配方及其生物分布结果。然而，我们预计超选择性细胞表达主要是通过含有活性靶向部分的mRNA-LNPs来实现的。最后，为了取得成功，主动靶向方法的临床转化需要新的努力来降低制造的复杂性。
结论和展望：
在过去的几年里，利用被动或主动的方法将mRNA-LNPs靶向肿瘤已经取得了可喜的进展。这两种方法的选择通常取决于易于生产和特异性之间的折衷。针对特定恶性肿瘤的靶向策略的选择涉及诸如是否已确定靶向特征，肿瘤内注射的可行性以及转移倾向等因素。这一决定还应考虑到不同的有效载荷、它们的脱靶毒性以及特异性表达对治疗效果的重要性。生产限制，虽然有时在治疗设计期间被忽视，并推迟到药物开发过程的后期阶段，最好在早期解决。事实上，制造方面的考虑对于一种药物能否在临床应用中大规模生产是至关重要的。在过去几年中，mRNA-LNPs已成为预防性疫苗领域的主要工具；现在，它们正在肿瘤临床试验中进行测试。我们希望看到使用各种靶向方法增加细胞特异性表达，这将使这个多功能，强大的平台在肿瘤学中获得更多新的治疗应用。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41571-023-00811-9
参考文献：
[1] Kon E, Ad-El N, Hazan-Halevy I, Stotsky-Oterin L, Peer D. Targeting cancer with mRNA-lipid nanoparticles: key considerations and future prospects. Nat Rev Clin Oncol. 2023 Aug 16. doi: 10.1038/s41571-023-00811-9. Epub ahead of print. PMID: 37587254.
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