源自抗菌肽的脂质纳米颗粒实现了针对多重耐药细菌性肺炎的肺部靶向mRNA疗法

时间：2026年5月25日

来源：Journal of Controlled Release

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中国医学科学院与北京协和医学院药用生物技术研究所，北京 100050

摘要

多重耐药（MDR）细菌性肺炎是一个日益严重的临床挑战，需要新的治疗策略。本文报道了一种基于抗菌肽的脂质纳米粒子系统，用于将编码cathelicidin的mRNA靶向输送到肺部。cathelicidin是一种具有广谱抗菌活性的宿主防御肽。该设计能够同时杀死细胞内和细胞外的细菌，从而克服了治疗细菌感染的障碍。单次全身给药即可实现肺部的高效积累，减少细菌负荷，抑制炎症细胞因子，并改善患有MDR细菌性肺炎的小鼠的临床结局和生存率。这一平台为治疗MDR细菌性肺炎提供了一种新的策略，并可能为开发针对顽固性呼吸道感染的基于mRNA的抗菌药物提供一个通用框架。

引言

细菌性肺炎是最常见的呼吸道感染之一，仍然是全球主要的健康问题，与所有年龄段的高发病率和短期及长期死亡率相关[1]，[2]。多重耐药（MDR）细菌的出现进一步复杂化了治疗过程，凸显了迫切需要新的治疗策略[3]，[4]，[5]，[6]。抗菌肽（AMPs）因其广谱活性和对MDR病原体的有效性而成为传统抗生素的有希望的替代品[7]，[8]。然而，尽管许多AMPs已进入临床试验阶段，但大多数仅限于局部应用，没有一种获得用于治疗肺炎的批准[9]，[10]。更广泛的临床转化受到多种挑战的阻碍，包括体内稳定性差、对血细胞的潜在毒性以及组织选择性不足[11]，[12]。为了解决这些限制，最近的研究集中在AMP工程策略上[13]，[14]，[15]，[16]。例如，抗体-AMP结合物显示出更好的体内选择性、降低的毒性和增强的治疗效果[13]，[14]，[15]，[16]。mRNA疗法作为一种多功能平台，在治疗和预防多种疾病方面取得了进展[17]，[18]，[19]，[20]，[21]。脂质纳米粒子（LNPs）已被证明是有效的mRNA递送系统，SARS-CoV-2 mRNA疫苗的成功就是一个例证[17]，[18]，[19]，[20]，[21]。基于这些进展，我们开发了一种结合AMP结构工程与编码宿主防御肽的mRNA肺部靶向递送的抗菌策略。这种综合方法为MDR细菌性肺炎提供了一种新的治疗途径。

细菌进化出了多种免疫逃逸机制，使它们能够逃避宿主监视并持续存在。例如，细胞内细菌会破坏宿主细胞的防御途径，并利用这些细胞作为保护性生态位，在诱导细胞裂解和随后扩散之前进行复制[22]，[23]。相比之下，细胞外病原体可以覆盖自身以宿主蛋白，减少免疫识别并减弱诸如吞噬细胞激活和宿主防御肽分泌等反应[22]，[23]。因此，同时消除细胞内和细胞外的细菌对于有效治疗MDR细菌性肺炎至关重要。为了杀死细胞内细菌，我们首先通过将TAT肽（源自HIV-1 Tat蛋白）与不同长度的脂肪酸链工程化，制备了一系列脂质化衍生物（TAT-lipids）。选择TAT肽作为模型AMP有几个原因：首先，作为一种特征明确的细胞穿透肽，TAT已被广泛研究用于全身给药后的细胞内递送多种物质，在临床前和临床环境中都显示出良好的安全性和有效性[24]，[25]，[26]，[27]；其次，TAT衍生物具有轻微的抗菌活性，因为它们能够破坏微生物膜完整性[28]，[29]；第三，TAT是一种短的11个氨基酸肽，便于将其整合到LNPs中而不显著改变其理化性质。我们发现，最佳的TAT-lipid（C16-TAT）增强了母体TAT肽的膜破坏和细胞穿透能力。这些广谱抗菌特性对MDR菌株仍然有效。重要的是，脂质化增加了肽的疏水性，使其能够高效地整合到MC3 LNPs中，生成AMP衍生的LNPs（TAT-MC3 LNPs）。这种修饰使MC3 LNPs的自然肝脏趋向性转向肺部，导致约75%的给药TAT-MC3 LNPs在肺组织中积累。由于LNPs在全身给药后能迅速被宿主细胞内化，C16-TAT也被共同递送到细胞内，有助于消除细胞内细菌（图1a）。为了杀死细胞外细菌，我们合成了一种编码cathelicidin（CHD）的mRNA，cathelicidin是一种在先天免疫防御中起关键作用的宿主防御肽[11]，[30]。递送到肺组织后，翻译出的CHD会被中性粒细胞和巨噬细胞分泌的蛋白酶切割，释放出具有强抗菌活性的cathelin相关抗菌肽（CRAMP）（图1a）[11]，[31]，[32]。综上所述，我们建立了一个结合AMP工程与肺部靶向mRNA递送的抗菌平台。通过同时清除细胞内和细胞外的MDR细菌，这种策略为治疗MDR细菌性肺炎提供了全面的方法。

部分摘录

结果

为了研究脂质尾部长度对TAT功能的影响，将TAT肽与不同长度的烷基链（分别含有4、8、12、16或20个碳原子）结合，得到了一系列TAT-lipids，分别命名为C4-TAT、C8-TAT、C12-TAT、C16-TAT和C20-TAT（补充图1a）。通过最小抑制浓度（MIC）测定法评估了它们对多种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌活性（图1b）。TAT及其衍生物均

讨论

总之，我们开发了一种新的治疗策略，将抗菌肽（AMP）工程与肺部靶向mRNA递送相结合，用于治疗多重耐药（MDR）细菌性肺炎。通过将TAT肽与C16烷基链工程化，我们制备了C16-TAT脂质，增强了该肽的膜破坏和抗菌活性。蛋白质组学分析表明，C16-TAT处理会干扰细菌中的膜相关蛋白和应激反应途径。

材料

脂质材料包括DLin-MC3-DMA、胆固醇、1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷脂胆碱（DSPC）、1,2-二油酰-3-三甲基铵丙烷（DOTAP）和1,2-二肉豆蔻酰-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇-2000（DMG-PEG_2k），均购自Avanti Research或MedChemExpress。TAT肽（YGRKKRRQRRR）和TAT-lipids（包括C4-TAT、C8-TAT、C12-TAT、C16-TAT和C20-TAT）购自Chinapeptides有限公司（上海，中国）。其纯度超过95%。以下试剂

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