肺部疾病，如肺癌、哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和肺炎，是全球范围内的重要健康负担，导致大量发病和死亡。这一疾病高发趋势推动了先进治疗策略的发展，尤其是靶向肺组织的基于纳米颗粒(NPs)的核酸药物递送系统。细胞外囊泡(EVs)正逐渐成为一种极具前景的肺组织靶向药物递送纳米载体。

与合成纳米颗粒不同，EVs由所有细胞天然分泌，其尺寸范围约为30~2000nm。这些囊泡包含来源细胞的蛋白质、脂质和核酸，并具有跨越生物屏障、到达远端器官进行靶向递送的能力。此外，EVs还可通过工程化改造获得靶向能力，并负载多种治疗性货物分子，包括核酸药物、蛋白质和化学药物。

研究表明，与脂质体诱导的休克样症状不同，EVs在猪模型中未引发补体激活相关假性过敏反应，表现出良好的免疫相容性。EVs还具有与组织特异性趋向相关的整合素表达谱，并且肿瘤来源EVs倾向于优先聚集于与其亲本细胞来源相对应的器官。

此外，基于EV的小干扰RNA(siRNA)递送仅需脂质纳米颗粒(LNPs)所需剂量的1/10即可达到相同程度的基因沉默效果，同时细胞毒性显著降低。近年来，大量临床试验探索了EVs在诊断和治疗中的潜力，其中癌症是研究最广泛的领域，其应用也已扩展至严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、神经系统疾病以及其他慢性疾病。

尽管EVs具有成为多功能治疗平台的潜力，但其在肺部医学中的临床应用仍受到固有肝脏趋向性的限制，这凸显出开发肺特异性EV递送平台的迫切需求。近期，研究人员开发了一种选择性器官靶向(SORT)策略，通过工程化改造LNPs来减少其在肝脏中的积聚，并增强核酸药物向肺或脾脏的递送。

SORT为开发肺靶向纳米颗粒提供了一种简单且通用的方法，而阳离子脂质1,2-二油酰基-3-三甲基铵丙烷(DOTAP)已被证实能够增强肺组织靶向能力。考虑到EVs和LNPs均具有脂质双层结构以及相近的尺寸分布，作者推测基于SORT-LNP策略，表面电荷也可能是调节EV组织趋向性的关键因素。然而，目前尚未开发出一种经过实验验证的方法，通过利用阳离子DOTAP脂质修饰EVs实现其在肺组织中的快速积聚和长时间滞留。

图1.TMVs及TMVs- dotap的合成与表征（摘自Science Advances）

在本研究中，作者通过引入DOTAP分子构建了肿瘤细胞来源中型囊泡(TMVs-DOTAP)，以改变其原有的肝脏趋向性并实现肺靶向。正电子发射断层扫描(PET)成像具有超高灵敏度，可提供体内定量信息并准确评估生物过程。

在作者此前关于EV放射性标记研究的基础上，作者采用一种利用68Ga放射性核素结合TMV膜蛋白的方法，并通过PET成像进行动态体内追踪。PET/CT成像结果显示，68Ga-TMVs-DOTAP在全身给药后可通过内源性靶向机制选择性聚集于肺部。在注射后1小时，68Ga-TMVs-DOTAP组肺组织中单位质量注射剂量百分比(%ID/g)较68Ga-TMVs组提高了8.65倍。

基于工程化纳米囊泡TMVs-DOTAP在体内表现出的优异肺靶向能力，作者进一步设计了TMVs-DOTAP/siPD-L1用于治疗肺转移瘤，因为siPD-L1已在多种恶性肿瘤中表现出良好的抗肿瘤疗效。在肺转移模型中接受TMVs-DOTAP/siPD-L1治疗后，作者观察到转移病灶中的PD-L1表达显著下调，并且与对照组相比肿瘤得到有效抑制。

此外，机制研究表明，整合至纳米颗粒中的DOTAP分子的生物物理性质决定了蛋白冠的组成。作者进一步考察了DOTAP脂质修饰如何影响基于TMV的siPD-L1生物分布特征及其形成的蛋白冠组成。与既往研究结果一致，TMVs-DOTAP/siNC组(其中siNC为siRNA阴性对照)中，与肺部递送相关的关键蛋白，包括纤维蛋白原、玻连蛋白和载脂蛋白A-I(ApoA-I)水平均显著升高。这些结果表明，蛋白冠介导了TMVs与其靶器官之间的识别和相互作用。

总体而言，作者开发了一种肺靶向EV平台TMVs-DOTAP，并利用TMVs-DOTAP/siPD-L1验证了其在肺转移瘤治疗中的可行性。该平台绕过了肝脏特异性递送机制，使其能够有效进入肺组织，并在肺转移模型中提高治疗效果。这项概念验证研究为构建能够将核酸药物递送至肺部、同时避免肝脏蓄积的工程化EV提供了一种具有前景的策略，有望用于肺部疾病的治疗。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec1692