线粒体通透性转换孔(mPTP)开放是特发性肺纤维化(IPF)中受损的II型肺泡上皮细胞(AECIIs)的关键标志。抑制AECIIs中的mPTP开放被认为是一种潜在的IPF治疗方法。

2024年10月30日，北京大学王坚成、中国医学科学院代华平共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Double Braking Effects of Nanomedicine on Mitochondrial Permeability Transition Pore for Treating Idiopathic Pulmonary Fibrosis”的研究论文。该研究提出了一种通过环孢菌素A(CsA)衍生的具有3D结构的可电离脂质(3D-脂质)结合环丝氨酸蛋白酶D(CypD)和siRNA下调线粒体钙单向转运体(MCU)表达对mPTP进行“双制动”的策略来治疗IPF。

3D-脂质和靶向siRNA的MCU(siMCU)与辅助脂质一起共组装形成稳定的3D-LNP/siMCU纳米颗粒(NP)。体外结果表明，这些NPs通过3D-脂质与CypD结合有效抑制mPTP开放，并通过siRNA下调MCU表达，从而减少损伤相关分子模式(DAMPs)的释放并抑制博来霉素诱导的A549细胞中的上皮-间质转化(EMT)过程。体内结果表明，3D-LNP/siMCU NPs有效改善了博来霉素诱导的肺纤维化(PF)小鼠模型中的胶原沉积、促纤维化因子的分泌和成纤维细胞活化。此外，与商业化的基于MC3的配方相比，优化的Opt-MC3/siRNA NPs加入了3D-脂质作为第五种成分，由于其稳定性增强和基因沉默效率更高，表现出对PF的优异治疗效果。总体而言，含有3D-脂质和siMCU的纳米药物将成为一种有前途的、潜在的IPF治疗方法。

特发性肺纤维化（IPF）是一种进展迅速、致死性的肺泡疾病，患者中位生存期为2-3年。其特点是成纤维细胞过度增生、细胞外基质过度沉积和肺泡结构破坏。根据世界特发性肺纤维化联合会的数据，每年约有122万新发病例。环境污染、病毒感染和吸烟被公认为IPF的主要潜在致病因素。尽管吡非尼酮（PFD）和尼达尼布等抗纤维化药物可以抑制IPF的进展，但其发病机制不明，导致IPF难以治疗或治愈。因此，迫切需要开发新的治疗策略。

IPF的发病机制与肺泡上皮细胞（AEC），特别是II型肺泡上皮细胞（AECIIs）的反复微损伤有关。在博来霉素(BLM)诱导的肺纤维化(PF)模型中，受损和功能失调的AECII发生上皮间质转化(EMT)，导致过多的细胞外基质沉积和成纤维细胞活化。越来越多的证据表明，从线粒体释放的损伤相关分子模式(DAMP)，如ROS，通过激活NF-κB/NLRP3轴诱导炎症和EMT，从而加速PF的进展。线粒体功能障碍是IPF发病机制中受损AECII的一个关键标志，以线粒体通透性转换孔(mPTP)的开放和随之而来的DAMP释放为标志。

mPTP是位于线粒体（IMM）内膜上的一种非特异性、电压依赖性复合孔道，由多种蛋白质（环丝氨酸蛋白酶D（CypD）、腺嘌呤核苷酸转移酶（ANT）和电压依赖性离子通道（VDAC））组成。在衰老、氧化应激、钙（Ca²⁺）超载等病理条件下，CypD从线粒体基质易位到IMM并与ANT结合，从而形成由VDAC和ANT组成的隧道状结构。据报道，环孢菌素A（CsA）可以与IMM中的CypD结合，阻碍CypD与ANT的相互作用，从而抑制mPTP开放，减轻线粒体功能障碍，用于治疗心肌缺血再灌注损伤、中风、创伤性脑损伤等。CsA抑制mPTP开放对治疗特发性肺纤维化（IPF）的肺部影响尚未见报道。因此，CsA与CypD结合抑制AECII中mPTP开放的作用可能是治疗IPF的潜在策略。

利用微流控芯片将环孢素A（CsA）衍生的具有3D结构的可电离脂质（3D-脂质）与靶向siRNA（siMCU）的线粒体钙单向转运体（MCU）和其他辅助脂质共组装，形成稳定的脂质纳米颗粒（LNP），称为3D-LNP/siMCU纳米颗粒（NP）。（图源自Advanced Science ）

此外，调节线粒体Ca²⁺(mtCa²⁺)转运提供了另一种抑制mPTP开放的策略。mtCa²⁺的转运过程由位于IMM中的线粒体钙单向转运体(MCU)复合物控制。在正常生理条件下，MCU可以将Ca²⁺从细胞质转运到线粒体基质中，以刺激Ca²⁺依赖性三羧酸(TCA)循环脱氢酶，从而促进线粒体三磷酸腺苷(ATP)的产生并支持细胞的能量需求。然而，过表达的MCU会诱导mtCa²⁺过度积累，然后触发mPTP开放，最终导致DAMPs的释放。据报道，食管癌和帕金森病的发病机制与MCU过表达引起的mtCa²⁺过度积累有关。然而，MCU在IPF患者AECII中的作用尚不清楚。因此，下调AECIIs中的MCU表达水平为治疗IPF提供了另一种有效的策略。

综合以上讨论，作者假设CsA与CypD结合和siRNA下调MCU表达对mPTP开放的“双制动”作用将协同抑制DAMP的释放，从而抑制EMT过程并减弱IPF的进展。有趣的是，作者在预实验中意外地发现了具有优异稳定性和溶酶体逃逸能力的CsA衍生的可电离脂质，它们被用于载有siRNA的脂质纳米颗粒（LNP）。在这里，具有3D结构的CsA衍生的可电离脂质（3D-lipid）被用于使用微流控芯片包装MCU靶向siRNA（siMCU），以及其他辅助脂质，以形成稳定的3D-LNP/siMCU纳米颗粒（NP）用于治疗IPF。如图1所示，肺部给药后，3D-LNP/siMCU NPs被内化到AECIIs中，通过3D-脂质与CypD结合并下调MCU表达，对mPTP开放产生抑制作用，从而抑制AECIIs的DAMPs释放和EMT过程。此外，3D-脂质进一步作为第五种组分加入基于Dlin-MC3-DMA(MC3)的商业配方(MC3/siRNA NPs)中，形成优化的Opt-MC3/siRNA NPs，从而增强其对IPF的治疗潜力。在BLM诱导的PF小鼠模型中评估了NPs的体内治疗效果。此外，本研究首次证明IPF患者肺组织中的AECIIs中存在MCU的过表达。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202405406