人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的治疗已取得显著进展,尤其是抗逆转录病毒疗法(ART)的广泛应用极大地延缓了疾病进展,改善了患者的生活质量。然而,HIV治疗的最大瓶颈依然是病毒在静息CD4+ T细胞中的潜伏状态。这些处于潜伏期的病毒基因组以沉默的方式存在于宿主细胞内,不被免疫系统识别,从而形成了难以根除的病毒库,导致病毒在停用ART后迅速复发。针对这一难题,科学家们长期致力于开发有效刺激潜伏病毒重新激活,称为“诱发并清除”(shock and kill)策略,但迄今为止,效果仍然有限。潜伏病毒往往对传统的激活剂反应不足,且相关药物常伴有非特异性激活和毒性副作用。近年来,随着mRNA和脂质纳米颗粒(LNP)技术的迅猛发展,为精准、高效且低毒性的基因治疗提供了有力工具。
近期,科研团队开发出一种全新LNP配方(LNP X),能够实现高效、低毒、无需预激活状态的静息T细胞mRNA递送,成为攻克HIV潜伏期的重要突破口。 LNP X配方通过优化离子化脂质及采用天然植物甾醇类似物β-谷甾醇(ß-sitosterol),显著增强了纳米颗粒与静息CD4+T细胞的结合,提升了胞内mRNA传递效率及其在细胞质中的表达能力。与传统基于DLin-MC3-DMA和胆固醇的纳米颗粒相比,LNP X展现出对未经刺激的原代T细胞高达75%以上的转染效率,同时保持极低的细胞毒性,避免诱发细胞激活状态。这项技术突破了此前必须激活T细胞才能实现有效转染的局限,使得静息T细胞的基因编辑和治疗成为可能。 利用LNP X技术,研究者能够将编码HIV转录激活因子Tat蛋白的mRNA递送进入休眠中的CD4+ T细胞。Tat蛋白作为HIV病毒的重要调控因子,能特异性结合病毒RNA中的转录激活响应元件(TAR),促进RNA聚合酶II的转录延伸,从而逆转病毒潜伏期,激活病毒基因表达。
实验数据显示,Tat-LNP X处理后,患者外周血CD4+T细胞中各类HIV转录产物显著增加,包括起始转录物、延伸转录物、剪接及完整病毒RNA水平,超越了传统刺激化合物如PMA和PHA的激活效果。同时,Tat蛋白的mRNA递送未引起宿主T细胞的广泛激活,显示出良好的安全性。病毒重新激活后,细胞内病毒基因表达及病毒颗粒释放明显提升,证明潜伏病毒得以有效唤醒。 虽然单次Tat-LNP X处理未能显著减少宿主细胞内完整病毒DNA拷贝数,提示单一诱导策略仍难以实现病毒库根除,但其在潜伏病毒逆转方面表现出的高效性为后续结合免疫清除或细胞凋亡促进剂提供了关键基础。未来可能与靶向BCL-2家族蛋白的抗凋亡抑制剂或增强CD8+T细胞清除功能的免疫疗法联用,共同推进HIV根治研究。 此外,LNP X技术同样实现了更为复杂的基因调控系统——CRISPR激活(CRISPRa)机器的递送。
CRISPRa系统通过携带失活Cas9蛋白(dCas9)融合转录激活域,以及定制引导RNA(gRNA)引导至目标基因启动子,实现基因表达的特异性上调。研究团队成功将dCas9-VP64、MS2-p65-HSF1转录激活因子mRNA和目标导向gRNA联合封装于LNP X中,无需T细胞预激活即可在静息的原代CD4+T细胞中实现高效表达。以CD25基因为例,CRISPRa-LNP X处理72小时后,CD25阳性细胞显著增加,且延长至6天依旧可见稳定表达,说明其具有持续调控基因表达的潜力。 在HIV潜伏激活方面,研究者设计了针对HIV长末端重复序列(LTR)的CRISPRa gRNA,通过LNP X递送相关CRISPRa系统,促进病毒启动子特异性激活。虽然CRISPRa-LNP X诱导病毒转录激活的程度尚不及Tat-LNP X,但其准确定位病毒基因、避免宿主基因非特异性激活的特性,为未来精准、安全的基因疗法奠定了基础。CRISPRa的灵活设计还允许多位点联合激活,潜力巨大。
静息T细胞长期以来被认为是难以被非病毒载体有效转染的细胞类型,此次LNP X技术的出现突破了技术瓶颈,不仅降低了转换所需的细胞预激活处理,减少了相关副作用,也提高了实验及潜在临床应用的便利性。高效的mRNA递送及表达,有望提升基因疗法对多种疾病的治疗效果,不限于HIV潜伏病毒激活,更可拓展至自体细胞免疫治疗、慢性病毒感染治疗,以及遗传性疾病的基因修复。 不过,当前研究主要集中于体外及离体细胞模型,实际临床应用仍面临挑战,包括体内纳米颗粒的靶向特异性、药代动力学、免疫原性及长期安全性评估。未来需结合分子靶向配体修饰及系统给药优化,提高LNP在体内的CD4+T细胞特异递送效率。并通过动物模型评估疗效与安全性,逐步开展临床试验验证。 综上,高效mRNA递送至静息T细胞以逆转HIV潜伏期的研究已经取得实质性突破,特别是利用以SM-102和β-谷甾醇为核心组分的LNP X,实现了高效、低毒的mRNA递送效果。
Tat蛋白mRNA及CRISPRa系统的成功递送及功能表达,提供了强有力的分子工具箱,有望作为下一代HIV潜伏逆转剂,为实现治疗性艾滋病治愈开辟新的技术路径。未来结合免疫调节与细胞凋亡促进策略,或能最终实现对潜伏病毒库的清除,推动全球HIV治疗进入无药可依的新时代。同时,此类技术创新也将极大推动mRNA基因治疗领域的迅猛发展,惠及更多临床需求尚未满足的疾病领域。