近日,来自上海交通大学医学院的徐颖洁、樊雪梅团队利用化学修饰核苷酸,结合脂质纳米颗粒(LNP)递送系统研发出一款有效改善血小板数量异常减少状况的TPO mRNA-LNP。该制剂进入体内后能够选择性地积聚于肝细胞间隙,转染肝细胞,高效翻译具有正常活性的TPO。这些TPO被分泌到细胞外,作用于巨核细胞上的TPO受体并激活巨核细胞,最终使网织血小板比率以及血小板计数升高。实验表明,TPO mRNA-LNP的促血小板生成作用与已知的TPO受体激动剂romiplostim相当,同时具有较高的安全性,有望用于治疗血小板减少症。该研究结果发表在国际期刊《Molecular Therapy: Nucleic Acid》上,题目为Chemically modified in vitro-transcribed mRNA encoding thrombopoietin stimulates thrombopoiesis in mice。
TPO mRNA表达与生物分布
基于密码子优化的TPO mRNA模板,作者采用修饰核苷酸合成了多种TPO mRNA。比较发现,含有N1-甲基-假尿苷酸(m1Ψ)的TPO mRNA在小鼠肝细胞AML12和人胚肾细胞HEK293T中均显示出较高的表达水平。由于mRNA在循环系统中不稳定,容易被核糖核酸酶降解,作者将mRNA封装于LNP内,得到了半径约为100 nm、多分散指数在0.2-0.25内的TPO mRNA-LNP。该纳米颗粒不仅能高效转染HEK293T细胞、促进大量TPO分泌,还能通过静脉注射和肌肉注射途径进入体内、靶向肝脏。相对于肌肉注射,静脉注射效果更好,递送的mRNA在高效翻译后也能被迅速清除。
Expression of TPO mRNA and in vivo biodistribution of Fluc mRNA
TPO mRNA-LNP显著提升血浆TPO浓度、网织血小板比率以及血小板计数
对成年小鼠静脉注射TPO mRNA-LNP能够呈剂量依赖性地提高其体内的血浆TPO浓度,该指标在药物注射6小时后达到峰值,高出生理水平2000多倍。相应地,TPO mRNA-LNP在静脉注射2、3天后即可显著提升网织血小板比率和血小板计数,这些指标数值分别在第6天和第10天回落至初始水平。与已知的TPO受体激动剂romiplostim相比,TPO mRNA-LNP在滞后时间、最大疗效和疗效持续时间方面十分相似。
TPO mRNA-LNP有效治疗小鼠模型的免疫性血小板减少症
为了评估TPO mRNA-LNP的疗效,作者通过静脉注射或皮下给药的方式给小鼠注入R300来快速地或逐步地清除血小板,从而分别建立了急性和慢性血小板减少症小鼠模型。在上述两个疾病模型中,静脉注射TPO mRNA-LNP均能提高血小板计数。在慢性模型中,TPO mRNA-LNP还显示出与romiplostim相当的疗效,明显优于同剂量的重组TPO的疗效。
Therapeutic efficacy of TPO mRNA-LNPs in mouse thrombocytopenia models
TPO mRNA-LNP毒性低、安全性高
在多次给予TPO mRNA-LNP后,作者摘取了小鼠的心脏、肝脏、脾脏和肾脏进行组织学检查,没有发现任何异样。而且,多次给药也不会诱导机体产生针对TPO的抗体。此外,由于静脉注射的TPO mRNA-LNP主要分布于肝脏,作者还对天冬氨酸氨基转移酶(AST)和丙氨酸氨基转移酶(ALT)的血清浓度进行了考察,发现TPO mRNA-LNP并不会明显改变这些指标的数值、对肝功能影响不大。
In vivo safety profile of TPO mRNA-LNPs
总之,该研究展示了化学修饰核苷酸在TPO mRNA药物开发中的应用,结合LNP递送系统技术能够实现靶向递送、高效转染、大量产出具有活性的靶蛋白,有望推进各种难治疾病(如:血小板减少症)的mRNA药物研发进程。
蓝鹊生物协助合成了文中所用的 TPO mRNA,瑞金医院血研所奚晓东教授,山东大学杨留艳,上海交大医学院杨文研究员、刘俊岭研究员,复旦大学林金钟教授亦有所贡献。
徐颖洁
蓝鹊生物联合创始人
上海交通大学医学院研究员、博士生导师
交大医学院临床医学七年制毕业
加拿大麦吉尔大学博士学位
哈佛医学院博士后
开拓性的使用抑癌基因mRNA用于转移性癌症治疗并已申请专利。重点关注mRNA癌症治疗新方法,包括癌症mRNA疫苗等。
2017年获浦江人才计划及国自然基金支持。
拥有多项mRNA相关应用专利。
樊雪梅
上海交通大学基础医学院,生化与分子细胞生物学副研究员
血小板生成、活化与衰老死亡调控机制的研究
乳酸代谢在血小板活化及血栓形成中的作用及机制研究”获国自然面上项目支持