特发性肺纤维化（IPF）是一种慢性和进行性肺部疾病，会导致永jiu性肺功能丧失及纤维化重塑。在肺泡损伤修复过程中，肺泡II型上皮细胞（AT2细胞）是关键的干细胞群体，能够在损伤后自我扩增并分化为肺泡I型上皮细胞（AT1细胞）。鉴于AT2细胞在IPF进程中的重要作用，维持其干细胞特性以促进肺泡修复被视为一种有前景的治疗策略。
与健康肺相比，IPF患者AT2细胞中CYB5R3的mRNA和蛋白水平均显著下调。这种下调不仅与NAD+/NADH失衡引起的线粒体稳态紊乱有关，还参与了转化生长因子-β1（TGF-β1）信号通路的异常激活。同时，肺纤维化病理环境中骨形态发生蛋白-4（BMP4）信号持续受到抑制，促进AT2细胞异常增殖和成纤维细胞基质大量合成，最终导致瘢痕形成和肺泡塌陷。因此，提高CYB5R3和BMP4的表达水平均可能有助于恢复肺上皮细胞功能，两者可作为候选的mRNA治疗药物。
基于mRNA的治疗已在病毒疫苗、蛋白质替代疗法、基因组编辑和癌症免疫治疗等多个临床领域展现出安全性和有效性。然而，mRNA疗法高度依赖优化的递送载体和合适的给药途径。雾化吸入因操作简便、可直接靶向病灶等优点，被认为是呼吸系统疾病临床治疗中具有前景的给药方式之一。同时，纳米颗粒递送系统已广泛应用于肺部疾病治疗研究。靶向呼吸上皮细胞的雾化脂质纳米颗粒（LNP）可在肺部有效累积和滞留，是实现基于mRNA的蛋白质替代疗法的理想选择。但雾化过程中的强剪切力，以及肺部粘膜层、吞噬细胞等特异性屏障，在一定程度上限制了吸入mRNA疗法的效果。
已有研究表明，采用肺表面成分作为纳米颗粒涂层，可通过界面递送改善其在黏液屏障中的扩散，进而更好地靶向深层肺组织并促进上皮细胞摄取。受此启发，研究人员将肺表面活性物质中富含的磷脂二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）整合到LNP组分中，制备出具有黏液渗透能力的肺表面活性物质仿生LNP。
基于上述背景，山东大学姜新义教授团队在《Science Advances》上发表了相关创新性研究成果。该团队设计了一类基于γ-氨基丁酸（GABA）的可电离脂质，并系统优化了LNP配方，通过体外筛选实现了高效mRNA递送。优化后的LNP同时封装并递送BMP4和CYB5R3两种mRNA，用以调节AT2干细胞耗竭并进行IPF治疗。结果显示，该mRNA-LNP系统在肺上皮细胞中介导了高水平的蛋白表达，摆脱了肺泡塌陷的困境，显著延长了纤维化小鼠的存活时间，为临床治疗IPF提供了一种可行的策略。
在吸入LNP的筛选与优化过程中，研究团队通过简便的取代和酯化反应，将烷基尾和胺基头与γ-氨基丁酸连接键结合，构建了可电离脂质库。随后按照正交设计表制备LNP，所用辅助脂质材料包括DOPE、DPPC、DSPE-PEG2000和胆固醇，主要包载EGFP mRNA或FLuc mRNA用于体外筛选及体内吸入筛选。
研究人员对多种处方的相容性和转染效率进行了评估。为确定可电离脂质GAE14的最佳配方，他们对GAE14A、GAE14E、GAE14L、GAE14M和GAE14N五种候选处方的粒径、表面电荷、mRNA包封率及稳定性进行了表征。结果显示，雾化前后各制剂的zeta电位无显著变化，但粒径和多分散系数（PDI）有不同程度增加，包封率也出现下降。其中，GAE14M和GAE14N在雾化后能更好地保留mRNA，而GAE14N在肺上皮细胞中实现了最佳的转染效率。综合转染效率和理化稳定性等因素，研究团队最终选择GAE14N处方制备LNP。为进一步提高细胞摄取，他们用DSPE-PEG2000-NHS替代PEG脂质，对LNP进行肺表面活性蛋白A（SP-A）抗体修饰，获得靶向型SLNPs。共聚焦激光扫描显微镜和流式细胞术分析证实，SP-A抗体修饰的SLNPs在MLE12细胞中的摄取效率更高。
经筛选得到的最佳配方为SP-A抗体修饰的GAE14N，其脂质摩尔比为GAE14:胆固醇:DSPE-PEG2000-NHS:DOPE+DPPC=45:25:2.5:10（其中DOPE/DPPC=3/1）。随后，研究团队用该处方同时封装BMP4和CYB5R3 mRNA，系统评估了其体内外递送效率、蛋白表达、治疗效果及生物安全性。
总之，该研究成功开发了一种可吸入LNP，实现了深层肺渗透和胞质mRNA递送，可介导AT2细胞中CYB5R3和BMP4的高效翻译。该LNP通过抵抗AT2干细胞耗竭和抑制成纤维细胞异常激活来重塑肺结构，从而有效逆转IPF。这项工作通过恢复上皮干细胞功能来实现肺泡稳态与修复，为解决IPF可逆治疗中尚未被满足的需求提供了一项创新方案。
