许小丁/苏士成等开发线粒体靶向的RNAi纳米平台，实现有效癌症治疗

中山大学孙逸仙纪念医院许小丁、苏士成等人在 Small 期刊发表了题为：Remodeling of Mitochondrial Metabolism by a Mitochondria-Targeted RNAi Nanoplatform for Effective Cancer Therapy 的研究论文。

该研究开发了一种长循环和线粒体靶向的RNAi纳米平台，能够有效调控mtDNA编码蛋白表达，从而发挥癌症治疗作用。 通过线粒体靶向的RNAi纳米平台系统性递送靶向ATP6的mRNA的siRNA，可以显著抑制原位和转移性乳腺癌小鼠模型中的肿瘤生长。

由于mtDNA编码蛋白在调控线粒体代谢中的重要作用，该研究开发的线粒体靶向的RNAi纳米平台在治疗包括癌症和其他代谢性疾病在内的多种疾病方面显示出巨大潜力。

越来越多的证据表明，线粒体代谢功能障碍在癌症的发展和进展中具有重要促进作用。

目前已知大约有1 000个细胞核基因组（nDNA）编码的蛋白质和13个线粒体基因组（mtDNA）编码的蛋白质参与线粒体功能调控。在过去的十年中，科学家们做出了许多努力来探索参与线粒体代谢的nDNA编码的关键蛋白质，癌基因的激活（例如HIF-1α和Myc）、肿瘤抑制因子的缺失（例如PTEN和P53）以及三羧酸循环酶的失活（例如琥珀酸脱氢酶和富马酸水合酶）可以改变线粒体代谢途径，促进癌症的发展和进展。

近年来，越来越多的证据表明，线粒体基因组（mtDNA）编码蛋白的异常表达在线粒体代谢功能障碍中也起着至关重要的作用。例如，mtDNA编码的ATP合酶亚基6（ATP6）和细胞色素B（CYB）在许多癌症类型中过表达，并能加速ATP合成，为肿瘤细胞提供能量。

目前已针对这些mtDNA编码蛋白开发了多种小分子抑制剂，但由于其小分子化合物的性质，这些抑制剂经常会引起毒副作用。因此，迫切需要开发一种安全有效的策略来调节线粒体代谢功能障碍的线粒体DNA编码蛋白的表达。

在过去十年中，RNA干扰（RNAi）技术已被证明是一种有效的工具来调控任何靶基因的表达。此外，纳米颗粒（NP）用于体内递送RNAi效应分子（例如siRNA）进一步促进了RNAi技术的临床转化。

然而，目前报道的大多数siRNA递送系统都是设计用于下调nDNA编码蛋白的表达，这可能无法有效调控mtDNA编码蛋白的表达，因为mtDNA转录成mt-mRNA，并随后翻译成蛋白质是在线粒体中完成的。

因此，针对癌症治疗，将siRNA有效地体内递送至线粒体的主要障碍不仅包括常见的障碍（快速血液清除、靶向肿瘤组织和内吞体捕获），还涉及靶向线粒体和穿透线粒体膜。在过去几年中，已经开发出几种基于聚合物和脂质的纳米颗粒，如MITO-Porter，用于线粒体靶向的siRNA的递送。虽然这些递送系统在体外显示出有希望的结果，但它们在体内的基因沉默效果仍然未知。

为了实现在体内将siRNA有效地递送到线粒体进行癌症治疗，一个理想的递送系统至少具有以下特点：

1、血液循环时间长，肿瘤积累量高；

2、从内吞体进入细胞质的效率高；

3、靶向线粒体的能力强；

4、线粒体膜的高效穿透； 

5、良好的生物相容性和稳健的配方过程，易于放大。

但目前还没有一个能够满足所有这些标准的技术平台。

在这项研究中，研究团队开发了一种线粒体靶向的RNAi纳米颗粒平台，用于有效调控线粒体代谢和乳腺癌治疗。该纳米颗粒平台由亲水性聚乙二醇（PEG）外壳、疏水性PDPA核心和嵌入核心的线粒体靶向及膜穿透肽两亲体（MMPA）和siRNA的带电介导复合物组成。

这些纳米颗粒在肿瘤内积累和内化后，可根据内体的pH值暴露出其中的MMPA/siRNA复合物，进而特异性将siRNA转运至线粒体，下调线粒体基因组（mtDNA）编码的蛋白质（例如ATP6和CYB）的表达水平。

更重要的是，由于下调ATP6表达可抑制ATP生成，增强活性氧（ROS）生成，诱导线粒体损伤和mtDNA泄漏至肿瘤组织，因此这些纳米颗粒可通过抑制ATP生成和通过mtDNA将肿瘤相关巨噬细胞（TAM）复极化为抑癌M1型巨噬细胞，协同发挥抑制肿瘤生长的作用。

总的来说，该研究开发了一种长循环和线粒体靶向的RNAi纳米平台，能够有效调控mtDNA编码蛋白表达，从而发挥癌症治疗作用。 小鼠体内实验显示，通过线粒体靶向的RNAi纳米平台系统性递送靶向ATP6的mRNA的siRNA，可以显著抑制原位和转移性乳腺癌小鼠模型中的肿瘤生长。

由于mtDNA编码蛋白在调控线粒体代谢中的重要作用，该研究开发的线粒体靶向的RNAi纳米平台在治疗包括癌症和其他代谢性疾病在内的多种疾病方面显示出巨大潜力。