作者：Sachchidanand Tiwari、Manthan N. Patel、Jacob S. Brenner
所属机构：宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院微生物学系，费城，宾夕法尼亚州
摘要
非病毒DNA递送作为一种基因治疗的替代方案，因其较低的免疫原性、可扩展的生产能力以及能够携带较大载荷而备受关注。尽管具有这些优势，但仍需克服多个障碍。内体屏障是一个主要问题，因为DNA在内吞作用后常常在酸性囊泡中被降解。在内体释放后，DNA会被细胞质中的免疫传感器——环状GMP-AMP合成酶识别，从而引发炎症并降低基因表达水平。此外，DNA需要进入细胞核才能实现基因表达，而这一直是该领域面临的最复杂挑战之一。最近的研究探索了多种创新策略来克服这些障碍。本文综述了当前非病毒DNA递送的技术进展，重点讨论了细胞内屏障及最新技术突破，并探讨了未来发展方向，以开发出安全、有效且可临床应用的非病毒DNA递送系统。
意义声明
非病毒DNA递送相比病毒载体更为安全且可扩展，但存在内体逃逸、耐受性差和转基因表达水平低等关键问题。本文指出了这些关键障碍及新兴解决方案，阐述了最新进展如何推动低成本、可重复使用的基因医学和DNA疫苗的发展，为临床应用奠定基础。
引言
基因治疗历经数十年才得以应用于患者，但目前发展迅速，方法多样。本文将“基因治疗”定义为调控基因/蛋白质表达的核酸疗法，不仅包括用新DNA片段替换缺陷基因的传统方法，还包括编辑DNA、使用短干扰RNA（siRNA）等新技术。对于所有形式的基因治疗，将核酸递送到靶细胞内都是重大挑战。尤其是对于需要长期表达的基因，如何有效递送DNA成为关键问题。病毒载体因其高效转染能力和长期基因表达效果而被广泛使用，但存在免疫原性、炎症反应、插入突变风险、大基因携带限制（<4.7 kb）以及大规模生产难题等安全问题。为克服这些限制，过去三十年间出现了多种有效的非病毒递送平台。这些平台采用物理方法（如电穿孔、微注射）或化学载体（阳离子脂质、聚合物、纳米颗粒、细胞穿透肽）来保护遗传物质，促进其被靶细胞吸收，并支持其释放和表达。新材料的快速发展使得非病毒递送系统在癌症治疗、疫苗开发、神经系统疾病治疗以及CRISPR-Cas9基因编辑技术等领域得到广泛应用。COVID-19 mRNA-脂质纳米颗粒（LNP）疫苗的成功进一步证明了非病毒递送的潜力。非病毒DNA递送系统因生产简便、能携带较大或复杂基因载荷以及具有靶向修饰能力而备受关注，但耐受性差、转染效率低和靶向性不足仍是其应用限制。本文将探讨非病毒DNA递送的主要障碍、最新进展及未来方向。
内体逃逸
内体逃逸是非病毒DNA递送中最关键且最具挑战性的问题之一，直接影响基因转移和表达效果。DNA载体通过内吞作用进入细胞后被包裹在内体囊泡中，而这些囊泡最终会与溶酶体融合，其中含有核酸酶和降解酶，导致DNA快速降解。
早期非病毒DNA递送技术
早期的DNA递送技术基于物理和化学方法，为现代基因治疗奠定了基础。这些方法虽能实现高效安全的基因转移，但效率较低。
先进非病毒DNA递送技术
先进非病毒DNA技术旨在克服低摄取率、内体捕获和免疫激活等问题。表格3总结了这些技术的机制、优势及局限性。
未来展望
非病毒DNA递送系统正处在一个变革性节点，材料科学、免疫工程和合成生物学的融合推动了其发展。随着病毒载体（尤其是其免疫原性、载荷限制和生产工艺复杂性）问题的日益凸显，对更安全、可扩展和可重复使用的基因递送平台的需求日益增长。基于pDNA的非病毒递送系统尤为值得关注。
总结
非病毒DNA递送系统作为基因治疗、基因组编辑和DNA疫苗的替代方案展现出巨大潜力。尽管具有低免疫原性、大载荷容量和可扩展生产等优势，但内体捕获、核酸酶降解、核转运效率低及先天免疫激活等问题仍限制其临床应用。
注：
1. Sachchidanand Tiwari、Manthan N. Patel和Jacob S. Brenner拥有与宾夕法尼亚大学相关的专利申请。
2. 本研究得到了美国国立卫生研究院、国家心肺血液研究所（R01-HL153510、R01-HL160694、R01-HL164594）、国家神经疾病与中风研究所（5R41-NS130812）以及美国心脏协会（AHA 24PRE1195406）的资助。
3. 本文未包含本研究生成或分析的数据集。
4. Sachchidanand Tiwari负责概念构思、初稿撰写及审稿编辑；Manthan N. Patel负责审稿编辑；Jacob S. Brenner负责概念构思及审稿编辑。
5. 作者在撰写过程中使用了Liner和ChatGPT等AI工具辅助内容核查，对最终内容承担全部责任。
