2025年12月，美國西北大學與陳-扎克伯格芝加哥生物中心（Chan Zuckerberg Biohub Chicago）的王宗杰團隊在Advanced?Science（IF=14）上發表了一項開創性研究，通過全基因組CRISPR敲除篩選，系統鑒定了調控LNP細胞攝取的關鍵遺傳因子，并發現抑制PIK3CA基因可將LNP攝取效率提升高達5倍，為RNA治療領域帶來了一個全新的、可直接臨床轉化的增效策略。

首創”雙端篩選”策略：區別于既往僅關注低攝取細胞的研究，本研究同時分離高攝取和低攝取細胞群體，首次系統鑒定出可增強LNP攝取的遺傳靶點。

鎖定PIK3CA金靶點：發現PI3K信號通路關鍵基因PIK3CA是LNP攝取的負調控因子，其抑制可使LNP內化效率提升高達5倍。

臨床轉化前景明確：使用已進入I期臨床試驗的PIK3CA抑制劑BAY1082439，在癌癥和急性肝損傷兩種截然不同的疾病模型中均顯著
增強siRNA-LNP的治療效果。

研究團隊在結直腸癌SW480細胞系中引入Toronto KnockOut（TKOv3）全基因組CRISPR敲除文庫，該文庫涵蓋針對18,053個蛋白編碼基因的70,948條引導RNA（gRNA）。

細胞經LNP（裝載熒光標記FAM-siRNA）處理后，通過熒光激活細胞分選（FACS）分離攝取量前5%和后5%的細胞亞群——兩組細胞的中位熒光強度相差逾30倍（圖1），直接證明了基因型對LNP攝取能力的深刻影響。隨后通過二代測序（NGS）與DrugZ算法分析gRNA在不同亞群中的富集情況，計算NormZ評分，精準鎖定驅動攝取增強或減弱的候選基因。

基因集富集分析（GSEA）與通路過代表性分析（ORA）進一步驗證了篩選結果的生物學合理性：與攝取減少相關的基因顯著富集于膜轉運和囊泡運輸通路（已知LNP內化機制），而與攝取增強相關的基因則在脂質轉運與內體轉運通路呈現相反的富集趨勢，高度契合LNP經脂質介導的內吞和內體逃逸機制。值得注意的是，約20%的候選靶點為可成藥基因，其中PIK3CA因其最高的NormZ評分和現成的臨床級抑制劑脫穎而出。

圖1?鑒定促進脂質納米顆粒（LNP）遞送效率的基因

2.體外驗證：PIK3CA抑制顯著增強多癌種LNP遞送效率

研究者選用臨床階段的PIK3CA抑制劑BAY1082439和RPS6KB1抑制劑RSS0680進行體外功能驗證：

攝取效率：15 nM BAY1082439預處理24小時后，流式細胞術和熒光顯微鏡均檢測到SW480細胞對Cy5標記LNP的胞內積累量顯著增加，熒光信號強度較單純LNP組提升高達5倍，且在實驗濃度下未觀察到顯著細胞毒性。

功能驗證：為進一步評估功能性基因沉默效果，研究者分別在攜帶KRAS?G12V突變的SW480和SW620結直腸癌細胞中遞送KRAS靶向siRNA，并在乳腺癌MDA-MB-231（KDM4A靶向siRNA）和肺癌H441（KIF11靶向siRNA）細胞中驗證了通用性。結果顯示：BAY1082439聯合KRAS?siRNA-LNP，對SW480和SW620細胞的生長抑制效果提升高達10倍。MDA-MB-231細胞的凋亡比例從20.1%提升至43.4%，H441細胞的凋亡/壞死比例從22.6%提升至40.5%。

機制研究表明，PIK3CA抑制通過促進細胞骨架驅動的攝取途徑（如巨胞飲和吞噬作用）以及延緩早期內體向晚期內體的轉化，從而延長LNP在早期內體中的駐留時間，增加內體逃逸的機會，最終提升siRNA的胞質遞送效率。此外，該增效策略同樣適用于搭載mRNA的LNP配方（ALC-0315、SM-102），充分說明其跨貨物類型、跨配方的廣泛適用性。

3.腫瘤模型體內驗證：中位生存期倍增，KRAS蛋白表達顯著下調

在SW480裸鼠皮下移植瘤模型中，研究者設置了四個治療組：PBS對照組、BAY1082439單藥組、KRAS?siRNA-LNP組,以及BAY1082439（50 mg/kg，腹腔注射）聯合KRAS?siRNA-LNP（10 μg，瘤內注射，每2天一次）組（圖2）。

結果顯示：

（1）聯合治療組展現出顯著的協同效應，腫瘤體積增長速率明顯慢于兩個單藥組；

（2）中位生存期從PBS組的24天延長至聯合治療組的50天（延長100%）；

（3）數字化Western Blot證實，聯合組腫瘤內KRAS蛋白表達水平大幅降低；

（4）免疫組化（cleaved Caspase-3染色）顯示，聯合組瘤內細胞凋亡顯著增加；

（5）生物發光成像實驗還證實，無論是局部皮下注射還是全身尾靜脈給藥，PIK3CA抑制均能在不改變LNP生物分布模式的前提下整體提升LNP遞送信號，具有良好的安全性特征。

圖2PIK3CA抑制增強siRNA負載LNP在小鼠癌癥模型中的治療效果

4.急性肝臟炎癥模型驗證：跨越癌癥邊界，拓展至非腫瘤適應癥

為驗證該策略的廣泛適用性，研究者構建了對乙酰氨基酚（APAP）過量誘導的急性肝臟炎癥小鼠模型（C57BL/6J，腹腔注射400 mg/kg APAP）。肝損傷后4小時給藥，36小時后評估。結果顯示，BAY1082439聯合Bid?siRNA-LNP治療組中，血清ALT和AST活性顯著降低（兩者均為臨床常用肝損傷生物標志物）。H&E病理切片顯示，聯合治療組肝組織壞死面積明顯減少，接近正常水平。對照的單純LNP組仍可見大片壞死區域，提示單藥LNP療效不足。這一發現表明，PIK3CA抑制不僅適用于實體瘤，在非惡性炎癥性疾病的LNP治療場景中同樣能夠發揮顯著的增效作用（圖3）。

圖3PIK3CA抑制增siRNA負載的LNP在小鼠急性肝臟炎癥模型中的治療效果

研究意義

這項研究代表了功能基因組學與納米醫學深度融合的一個重要里程碑。其核心創新之處在于：不再局限于”造更好的顆粒”，而是轉變思路——靶向受體細胞的生物學特性來主動提升遞送效率，且無需對LNP本身進行任何改造。

PIK3CA抑制劑BAY1082439已進入臨床I期試驗（NCT01728311），具備口服生物利用度和成熟的藥代動力學數據，與LNP治療聯用具有極高的臨床可行性。PIK3CA在人體中廣泛表達（超過50%的器官呈中至高表達），這賦予了該策略跨組織類型的普適潛力。

對于基因治療和RNA藥物開發領域而言，這項研究的啟示尤為深遠：通過組合現有LNP配方 + 宿主細胞調控劑的策略，可以在不改動現有GMP工藝的基礎上大幅提升療效，極大降低了臨床轉化的門檻與成本。未來，該研究框架還為篩選其他具有更高NormZ評分的候選靶點提供了現成的范本，有望催生新一代LNP聯合用藥方案。

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參考資料：