Science子刊：肺靶向的LNP-mRNA疗法，帮助病毒感染后的肺部修复

宾夕法尼亚大学的研究人员在 Science 子刊 Science Translational Medicine 上发表了题为：TGF-βR2 signaling coordinates pulmonary vascular repair after viral injury in mice and human tissue 的研究论文。

该研究证实了TGF-βR2信号在调节病毒感染后的肺血管修复中的重要作用，并开发了一种靶向肺内皮的脂质纳米颗粒——LuLNP。LuLNP通过递送TGF-βR2下游关键效应物Vega mRNA，改善了病毒感染后肺血管修复，这为开发基于LNP-mRNA的肺损伤新疗法铺平了道路。

血管修复涉及内皮细胞增殖、迁移和连接再退化，需要一系列复杂的旁分泌和细胞内信号协调。该研究团队之前证明了一种静脉相关转录因子——COUP-TFII，是有效的肺血管修复所必需的，部分通过增强血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）信号转导。然而，有效肺血管修复所需的外部信号的明确定义仍然是难以捉摸的。

在参与血管生成的通路中，转化生长因子-β（TGF-β）通过结合其受体TGF-βR2，是内皮细胞中一个被广泛描述但复杂的信号通路，其中受体激活可以是血管生成或血管抑制，这取决于共受体表达和周围环境的信号提示。

与大多数其他细胞不同，TGF-β可以在内皮细胞中通过结合两种不同的I型受体——ALK1（Acvrl1）和ALK5（Tgfbr1），产生相反的作用。虽然ALK5在不同的细胞和组织类型中广泛表达，但ALK1的表达更局限于内皮细胞。通过ALK1的信号通路刺激血管生成，通过SMAD1/5/8激活促进内皮细胞增殖和迁移，而通过SMAD2/3磷酸化的ALK5依赖途径是血管稳定的，并促进内皮向间质转化，但这两种途径都需要共同的II型受体TGF-βR2。TGF-βR2介导的信号通路对于胚胎血管发育至关重要，其中Tgfbr2缺陷的胚胎在胚胎第10.5天（E10.5）死亡。选择性删除内皮细胞中的Tgfbr2会导致胚胎死亡，因为脑特异性血管病变，包括血管形态发生和脑出血。

然而，目前我们对于TGF-βR2介导的信号通路在病毒损伤后肺血管修复中的作用知之甚少，考虑到TGF-β信号通路在内皮细胞中的相反作用，很难预测该通路的参与如何影响肺内皮细胞再生反应。

虽然治疗性靶向内皮细胞是一种有前途的治疗肺血管疾病的途径，但细胞和组织特异性以及效率和安全性仍然是挑战。脂质纳米颗粒（LNP）越来越被认为是一种有前途的用于体内基因编辑/治疗的非病毒纳米递送载体，其相对容易合成和制造，并且许多使用LNP进行递送的药物或mRNA疗法已经获得美国FDA的批准，例如辉瑞/BioNTech及Moderna生产的新冠mRNA疫苗。此外，LNP还被用于直接在体内生成CAR-T细胞来治疗心肌纤维化。

目前已经开发了可以靶向内皮细胞的LNP，但大多数靶向许多组织的内皮细胞、转染额外的非内皮细胞，或者仅有中等递送效率。在这项研究中，研究团队通过单细胞转录组测序预测了SARS-CoV-2和流感表达感染后肺内皮TGF-β信号的参与。使用小鼠模型、人类细胞和类器官模型，评估了该TGF-β信号通路在肺血管修复中的功能作用。然后，确定了下一代LNP递送的mRNA是否可以挽救肺再生血管生成。

研究团队发现，在流感病毒感染时，通过TGF-βR2（转化生长因子-β受体2）的TGF-β信号在肺内皮细胞中被激活，而内皮Tgfbr2缺陷的小鼠表现出延长的损伤和减少的血管修复。内皮Tgfbr2的缺失阻止了自分泌的Vega（血管内皮生长因子α）表达，减少了内皮增殖，并损害了肺泡气体交换至关重要的细胞更新。通过TGF-βR2的血管生成反应可归因于富亮氨酸α-2-糖蛋白1，这是一种促血管生成因子，它对抗了典型的血管抑制性TGF-β信号。

研究团队进一步开发了一种靶向肺内皮的脂质纳米颗粒——LuLNP。LuLNP通过递送TGF-βR2下游关键效应物Vega的mRNA，改善了流感病毒损伤时内皮细胞Tgfbr2缺陷的再生受损表型。

这项研究定义了TGF-βR2在肺内皮修复中的作用，并证明了一种高效安全的肺内皮靶向LNP能够递送治疗性mRNA，用于病毒感染后的血管修复。