脂质纳米颗粒（LNPs）在核酸递送领域的应用是近年来基因治疗技术的重要突破之一，尤其在COVID-19 mRNA疫苗的成功中发挥了关键作用。然而，尽管mRNA递送技术取得了显著进展，但其半衰期短、缺乏细胞类型特异性和时间控制以及在常温下稳定性差等问题，限制了其在长期治疗中的应用。相比之下，质粒DNA（pDNA）具有更长的表达时间、可设计的细胞类型特异性启动子以及在4°C下更稳定的储存特性，这使得pDNA在长期治疗蛋白表达方面具有巨大潜力。然而，pDNA-LNPs在应用中面临严重的挑战，包括高毒性和低递送效率，尤其是在体内实验中，pDNA-LNPs在常用治疗剂量下会导致小鼠100%死亡率，这限制了其临床应用。研究发现，pDNA-LNPs在体内诱导急性炎症反应，主要通过cGAS-STING信号通路激活。cGAS是一种细胞质DNA感受器，能够识别DNA并激活下游的STING信号通路，进而引发I型干扰素（如IFN-β）和促炎细胞因子（如IL-6）的上调。这种炎症反应是pDNA-LNPs的主要毒性来源。
为了克服这一挑战，
宾夕法尼亚大学
Jacob S. Brenner
等人通过
从DNA病毒抑制cGAS-STING通路以实现复制的机制中获得启发，尝试将内源性抗炎脂质（如硝化油酸，NOA）加载到pDNA-LNPs中，以抑制STING的激活。这种策略不仅提高了pDNA-LNPs的安全性，还通过优化LNP配方进一步提高了其递送效率。
相关内容以“Safer non-viral DNA delivery using lipid nanoparticles loaded with endogenous anti-inflammatory lipids”为题发表在《
Nature Biotechnology
》上。
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主要内容
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图1 pDNA-LNPs在体内诱导急性炎症反应
通过小鼠实验，发现pDNA-LNPs在常用剂量下会导致100%的死亡率，而mRNA-LNPs则没有这种毒性。此外，pDNA-LNPs处理的小鼠表现出严重的运动迟缓和体重下降，血液中促炎细胞因子（如IFN-β和IL-6）水平显著升高。
图2 pDNA-LNPs诱导炎症的机制
通过体外实验和STING基因敲除（STING-KO）小鼠模型，研究发现pDNA-LNPs激活了cGAS-STING信号通路，导致I型干扰素和促炎细胞因子的上调。STING-KO小鼠在注射pDNA-LNPs后显示出显著降低的炎症反应和100%的存活率，表明STING是pDNA-LNPs诱导炎症的主要驱动因素。
图3 将内源性抗炎脂质（如NOA）加载到pDNA-LNPs中的技术
研究发现，这些抗炎脂质能够显著降低pDNA-LNPs诱导的炎症反应，且不影响pDNA的包载效率或LNP的稳定性。特别是NOA，作为一种硝化脂肪酸，能够有效抑制STING的激活，从而减轻炎症。
图4 NOA-pDNA-LNPs在体外和体内实验中的抗炎效果
与标准pDNA-LNPs相比，NOA-pDNA-LNPs显著降低了细胞培养上清中的IFN-β水平，并提高了细胞存活率。在小鼠实验中，NOA-pDNA-LNPs处理的小鼠显示出更低的促炎细胞因子水平和100%的存活率，证明了NOA的抗炎效果。
图5 NOA-pDNA-LNPs在体内的转录表达能力
通过荧光成像系统（IVIS）监测小鼠体内的荧光素酶表达，发现NOA-pDNA-LNPs能够实现至少一个月的持续表达，并且表达水平显著高于mRNA-LNPs。
图6 筛选优化NOA-pDNA-LNPs的配方
优化后的NOA-pDNA-LNPs在RAW264.7细胞中实现了50倍的表达效率提升，并在人类诱导多能干细胞衍生的II型肺泡上皮细胞（iAT2s）中表现出与Lipofectamine相当的转染效率。这表明通过调整LNP配方可以显著提高pDNA的递送效率。
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全文总结
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本文研究了脂质纳米颗粒（LNPs）用于质粒DNA（pDNA）递送时面临的高毒性和低效率问题，并提出了一种创新的解决方案。研究发现，pDNA-LNPs在体内会激活cGAS-STING信号通路，导致严重的炎症反应和高死亡率。为解决这一问题，研究团队将内源性抗炎脂质硝化油酸（NOA）加载到pDNA-LNPs中，成功抑制了STING的激活，显著降低了炎症反应，并将小鼠的存活率从0%提高到100%。此外，NOA-pDNA-LNPs在体内实现了至少一个月的持续转录表达，且通过优化配方，其转录表达效率提升了50倍，达到了与Lipofectamine相当的水平。这一研究不仅提高了pDNA-LNPs的安全性和递送效率，还为基因治疗技术的发展提供了新的策略，有望推动其在慢性疾病治疗等领域的应用。
