Adv Sci | PIK3CA 抑制显著增强 LNP 介导的 siRNA 递送

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近年来，以 mRNA 疫苗为代表的脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles, LNP）递送体系推动了核酸药物在临床中的广泛应用。LNP 具有良好的生物相容性和封装效率，已在肝脏疾病和感染性疾病治疗中显示突出优势。然而，在实体瘤等复杂疾病环境中，LNP 介导的核酸递送仍面临关键瓶颈——肿瘤细胞对 LNP 的摄取效率普遍较低，导致有效进入细胞内的核酸剂量受限，从而削弱治疗效应。已有研究利用基因组范围的 CRISPR 筛选鉴定了维持纳米颗粒基础摄取的重要通路，如内吞与胞内运输等。但迄今为止，更多工作聚焦于“哪些基因缺失会让摄取变差”，而对于“抑制哪些基因能够增强纳米颗粒进入细胞、并能否利用药物进一步增强这一效果”，了解仍然有限。

近日， 美国西北大学及 陈-扎克伯格 生物中心 的王宗杰团队在Advanced Science在线发表题为

Genome-Wide CRISPR Screen Reveals PIK3CA Inhibition Enhances Lipid Nanoparticle-Mediated siRNA Delivery

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为了系统寻找调控 LNP 摄取的基因，研究团队在结直肠癌细胞系 SW480 中，引入了全基因组 CRISPR 敲除文库。随后，研究者使用一款具有临床可转化潜力的 siRNA-LNP 体系：采用与获批药物 Patisiran 类似的 MC3 配方，通过 NanoGenerator Flex-M 平台制备标准化 LNP，并封装带有 FAM 荧光标记的对照 siRNA。在 LNP 处理细胞后，团队根据 FAM 荧光强度使用流式细胞术将细胞分为“高摄取（FAM-high）”和“低摄取（FAM-low）”两个亚群，并分别进行文库富集分析。通过比较两组细胞中 sgRNA 的富集情况，研究者得以绘制出影响 LNP 摄取的基因全景图。

这一筛选不仅验证了已知的内吞和胞内转运通路在 LNP 递送中的重要性，也识别出一批此前未充分关注的“正/负调控因子”。其中，PIK3CA 作为 PI3Kα 通路核心基因之一，在“敲除后显著增强 LNP 摄取”的候选基因中位居前列，并且具有现成的小分子抑制剂进入过临床开发阶段，因此被锁定为后续重点研究的“可药物化”靶点。

为了验证 PIK3CA 在 LNP 摄取中的功能，研究人员一方面利用 CRISPR 敲除和 siRNA 下调 PIK3CA 表达，另一方面则采用药理学方法抑制其活性。研究中选用的 BAY1082439 是一款选择性 PI3Kα 抑制剂，曾在临床环境中进行评估。在细胞实验中，研究者首先用不同小分子预处理癌细胞，再给予固定配方和剂量的 FAM 或 Cy5 标记 siRNA-LNP，随后通过流式和荧光显微镜评估细胞对 LNP 的摄取情况。结果显示，针对 PIK3CA 的 BAY1082439 能显著提高细胞中 LNP 相关荧光信号的阳性比例和荧光强度，提示 LNP 摄取明显增强 。 从荧光流式峰图到显微镜图像，多种 结果 一致指向同一结论：抑制 PIK3CA 能够使更多 LNP 进入细胞，从而为后续 siRNA 递送和功能沉默打下基础。

LNP 最终的目标不是进入细胞本身，而是有效释放 siRNA 实现靶基因沉默，从而产生抗肿瘤等治疗效应。为此，研究团队进一步评估了 PIK3CA 抑制对功能性 siRNA-LNP 的影 响。在体外实验中，研究者选择 KRAS 依赖性的结直肠癌细胞系 SW480 和 SW620，使用封装 KRAS 靶向 siRNA 的 LNP 进行处理。单独使用 KRAS siRNA-LNP 即可在一定程度上降低细胞中突变 KRAS 的表达并抑制细胞生长。而当与 BAY1082439 联合使用时，KRAS 表达下调程度显著加深，细胞凋亡和增殖抑制效应也更为明显。类似的增强效应并不限于 KRAS 靶点，针对其他功能基因（如 KDM4A、KIF11、Bid）的 siRNA-LNP 在 PIK3CA 抑制背景下，同样表现出更强的基因沉默和细胞毒性效果。这表明，调控宿主细胞的 PIK3CA 通路有望作为一种普适策略，用于放大多种 siRNA-LNP 组合的功能。值得一提的是，研究者还在多种不同来源的上皮癌细胞系中（包括肺癌细胞 NCI-H441、乳腺癌细胞 MDA-MB-231 等）评估这一组合策略。结果显示，BAY1082439 联合 siRNA-LNP 在多种细胞模型中均能提高 LNP 摄取和靶基因沉默效率，提示该策略具有跨肿瘤类型的广泛适用性。

为了验证这一策略在体内的转化潜力，研究团队在小鼠肿瘤模型中联合使用 BAY1082439 与 siRNA-LNP。研究者选用含 KRAS 突变的肿瘤细胞构建异种移植模型，并在一定治疗窗口期内给予不同处理组合。与单用 siRNA-LNP 相比，联合 PIK3CA 抑制剂的治疗组在小鼠体内表现出更显著的肿瘤生长抑制，肿瘤体积和重量均明显降低。更重要的是，联合用药在达到相似甚至更佳抗肿瘤效果的同时，可以在一定程度上降低所需 LNP 剂量，从而减轻与 LNP 相关的肝脏炎症反应。这一发现提示，通过调控宿主细胞内信号通路提升递送效率，有望在“增强疗效”和“改善安全性”之间取得新的平衡。

本研究提出了一个新理念 是将功能基因组学与纳米药物递送相结合，既关注纳米颗粒本身的配方与结构，也系统探索靶细胞内有哪些可被利用的“调控开关”。传统 研究而言 ，提升纳米药物递送效率的主要思路，是通过化学改性或物理手段优化载体本身的性质，例如改变粒径、电荷、表面修饰等。本研究则提出一个互补视角：通过 CRISPR 筛选寻找“promoter genes”——那些在被抑制或敲除后可以增强纳米颗粒摄取的基因，再通过小分子药物等手段靶向调控这些基因，从而提升 LNP 进入细胞的能力。在这一框架下，PIK3CA 被证明是一个具有代表性的“宿主调控靶点”。利用现有已进入临床开发阶段的 PI3Kα 抑制剂，就有可能在不改变 LNP 配方的情况下，实现对多种 siRNA-LNP 递送效率的整体“加速”，这为未来 RNA 干扰药物在实体瘤等领域的应用提供了新的组合思路。

总体而言，这项工作通过全基因组 CRISPR 筛选，系统绘制了 LNP 摄取的遗传调控图谱，发现 PIK3CA 是一个可药物靶向的重要负调控因子。药理学抑制 PIK3CA 能够显著增强多种上皮癌细胞中 LNP 的摄取、siRNA 的递送和基因沉默效率，并在小鼠肿瘤模型中提高抗肿瘤疗效、减轻肝脏炎症。 这项工作不仅为提升 LNP 介导的 RNA 干扰治疗提供了可快速转化的策略，也展示了“功能基因组学 × 纳米医学”的强大潜力。未来，随着更多宿主调控靶点的鉴定，这种“优化颗粒 + 调控细胞”的组合策略，有望推动精准纳米药物在实体瘤等重大疾病中的临床应用。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202517617

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