浙江大學(xué)藥學(xué)院平淵研究員課題組開發(fā)可溶性微針貼片用于透皮基因編輯治療炎癥性皮膚病
2021年3月11日，浙大藥學(xué)院平淵課題組在Science Advances期刊上發(fā)表了題為“Microneedle-assisted genome editing: A transdermal strategy of targeting NLRP3?by CRISPR-Cas9 for synergistic therapy of inflammatory skin disorders”研究論文。該研究設(shè)計(jì)了一種可溶性微針貼片，通過透皮給藥及胞內(nèi)遞送的分級(jí)遞藥策略，實(shí)現(xiàn)CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)對(duì)皮下免疫細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)NLRP3基因的高效編輯，有效提高了銀屑病和特異性皮炎的糖皮質(zhì)激素療法。
? 炎癥性皮膚病是一類臨床常見疾病，其病理特征是NLRP3炎癥小體激活所引起的多種促炎細(xì)胞因子釋放，誘導(dǎo)激活先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。由于NLRP3炎癥小體的激活可增加免疫相關(guān)細(xì)胞的糖皮質(zhì)激素抵抗力，因而針對(duì)炎癥性皮膚?。ㄈ玢y屑病及特應(yīng)性皮炎）的臨床治療，常會(huì)出現(xiàn)糖皮質(zhì)激素的耐藥問題。鑒于NLRP3炎癥小體在炎癥性免疫皮膚病發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵性作用，靶向NLRP3炎癥小體以減輕炎癥反應(yīng)，是治療炎癥性皮膚病的關(guān)鍵。然而，NLRP3炎癥小體主要位于人體皮膚表皮層和真皮層的免疫細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)，因此皮膚角質(zhì)層成為了靶向NLRP3炎癥小體的天然遞送屏障。
? 該可溶性微針貼片以透明質(zhì)酸和膠原三肽為可溶性微針基質(zhì)，針體中包含Cas9核糖核蛋白及地塞米松兩種納米復(fù)合物。首先，作者通過聚合物載體將基因編輯Cas9核糖核蛋白包裹制備成納米復(fù)合物，同時(shí)利用聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）包裹地塞米松包制備成納米復(fù)合物；隨后，兩種納米復(fù)合物分別裝載于以透明質(zhì)酸及膠原三肽為基質(zhì)的微針針體中，即得到可溶性微針雙載貼片。微針刺入皮膚后可直接穿透角質(zhì)層到達(dá)表皮和真皮層，可迅速被皮膚組織液降解，同時(shí)將兩種納米復(fù)合物從針體中釋放。在聚合物載體的介導(dǎo)下，Cas9核糖核蛋白可跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至皮下免疫細(xì)胞及角質(zhì)層形成細(xì)胞內(nèi)，并對(duì)細(xì)胞核內(nèi)NLRP3基因組進(jìn)行編輯，因而可以促進(jìn)糖皮質(zhì)激素地塞米松的治療并降低用量。同時(shí)地塞米松在其入核的過程中會(huì)誘導(dǎo)核孔擴(kuò)張，從而促進(jìn)基因編輯核糖核蛋白復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核，增強(qiáng)NLRP3基因的編輯效率（圖1）。?
圖1. 可溶性微針雙載貼片用于炎癥性皮膚病治療的示意圖。
? 由于可溶性微針貼片的基質(zhì)含有具有生物活性的膠原三肽，因此可以促進(jìn)皮膚皮損組織的膠原合成，減少經(jīng)皮失水，促進(jìn)皮膚損傷的組織修復(fù)。通過對(duì)微針貼片治療后小鼠皮損部位的經(jīng)皮失水流失值和皮膚水化值進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)不管是空白微針貼片還是載藥微針貼片，經(jīng)皮失水流失值均大大降低，并有效增加了小鼠背部皮膚的水合作用。與市售制劑地塞米松乳膏和他克莫司軟膏相比，經(jīng)可溶性微針貼片治療后，可顯著改善皮損組織角質(zhì)層的屏障功能，促進(jìn)皮膚天然屏障功能的修復(fù)，保持皮膚各層含水量及結(jié)構(gòu)的完整性。?
? 在小鼠特異性皮炎和銀屑病兩種炎癥性皮膚病模型中，可溶性微針雙載貼片給藥后，可對(duì)皮下角質(zhì)形成細(xì)胞和免疫細(xì)胞中的NLRP3基因進(jìn)行高效編輯，下調(diào)NLRP3的表達(dá)，并且成功抑制各種異常的先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)來減輕炎癥性皮膚病的典型癥狀，如劇烈瘙癢、皮膚紅斑、表皮增厚、表皮屏障功能受損、炎癥細(xì)胞因子浸潤(rùn)等。同時(shí)NLRP3炎癥小體的下調(diào)，減輕了免疫相關(guān)細(xì)胞的糖皮質(zhì)激素抵抗，有效提高了糖皮質(zhì)激素療法的抗炎敏感性。
?圖2. 可溶性微針雙載貼片用于炎癥性皮膚病的治療。（A）小鼠模型治療示意圖；（B）治療后皮損組織照片（其中G6經(jīng)微針貼片治療，G7及G8分別經(jīng)地塞米松乳膏和他克莫司軟膏治療）；（C）治療后小鼠皮損部位的NLRP3及其他炎癥小體蛋白的表達(dá)量；（D）治療后小鼠皮損部位的免疫組化照片。
綜上所述，通過可溶性微針貼片介導(dǎo)透皮給藥,以實(shí)現(xiàn)皮下細(xì)胞的基因編輯胞內(nèi)遞送的分級(jí)遞送策略,可有效發(fā)揮基因編輯和糖皮質(zhì)激素的協(xié)同治療效果。該方法不僅在炎癥性皮膚病的治療方面極具潛力，而且也為經(jīng)皮途徑的基因編輯療法提供了新的思路。
該論文第一作者為藥學(xué)院博士后萬(wàn)濤，藥學(xué)院碩士生潘齊為共同第一作者，平淵研究員為本文唯一通訊作者。論文主要由國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（82073779，81872807）資助完成。
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? 原文鏈接: https://advances.sciencemag.org/content/7/11/eabe2888
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