英文原题：Endoplasmic Reticulum-Targeting Highly Branched Poly(β-amino ester)s for Skin Gene Delivery
第一作者：Chenfei Wang
通讯作者：Si Zhang, Ming Li, Dezhong Zhou
图文解读
基因替代治疗已成为遗传性疾病治疗最具潜力的疗法。然而，缺乏安全有效的基因载体极大地限制了基因治疗在遗传性皮肤疾病的临床转化。基于内质网靶向性在克服基因溶酶体逃逸效率低和核内化限制优势，复旦大学附属儿科医院皮肤科王晨飞博士/李明教授团队和复旦大学基础医学院张思教授团队以及西安交通大学周德重教授团队利用“A2 + B4 + C2”迈克尔加成策略构建了一种全新的内质网靶向功能化高度支化结构聚（β-氨基酯）（ER-HPAEs），以达到规避基因递送过程中传统的溶酶体途径和核内化限制，实现安全高效的基因递送，并进一步探究其在隐性遗传营养不良型大疱性表皮松解症（RDEB）、常染色体隐性先天性鱼鳞病（ARCI）、白内障、脱发、口腔粘膜疾病和银屑病样综合征（CAOP）综合征中基因治疗方面的应用潜力（图1）。
图1. ER-HPAEs能有效将TGM1、MBTPS1或COL7A1基因压缩成纳米粒子，进而克服传统的溶酶体途径，在体外和体内均能够显著增强皮肤角质细胞和成纤维细胞中的蛋白表达
作者以5-胺基-1-戊醇为A2为类型单体，1,4-丁二醇二丙烯酸酯为C2类型单体，季戊四醇三丙烯酸酯为B4类型支化单体，N-(2-氨基乙基)-4-甲基苯磺酰胺（NMS）为内质网功能化单体，通过迈克尔加成策略合成出一系列不同NMS含量的ER-HPAEs。生物物理性能研究表明所有的ER-HPAEs能够高效的压缩DNA（DNA亲和效率接近100%），所形成的纳米粒子具有较小粒径和较高的正电位，能够高效的促进细胞摄取（细胞摄取效率超94%）（图2）。激光共聚焦的结果表明NMS功能化修饰能够明显提高ER-HPAE基纳米粒子的靶向内质网能力，促进基因核内化和后续的基因转染。
图2. ER-HPAEs/DNA纳米粒子展现出优异的细胞摄取效率和内质网靶向性
转染研究表明，优化的ER-HPAE在各种类型细胞系（包括HeLa，293T，SW1353，Vero，A2780，3T3，UC-3，NHEK细胞）中均表现出较高的基因转染效率和转染后细胞活性，其性能优于主流的商业化转染试剂Lipo3000。更为重要地，qRT-PCR和Western blot的结果证实优化后的ER-HPAEs在皮肤效应细胞（HaCaT和NHF细胞）中能够高效介导TGM1基因、MBTPS1基因和COL7A1基因表达。最终小鼠体内的结果也证实优化的ER-HPAEs能够高效递送MBTPS1和COL7A1基因，促进体内高水平MBTPS1蛋白和C7蛋白表达，并没有引发明显的炎症（图3）。这些结果进一步证实ER-HPAEs在在隐性遗传营养不良型大疱性表皮松解症（RDEB）、常染色体隐性先天性鱼鳞病（ARCI）、白内障、脱发、口腔粘膜疾病和银屑病样综合征（CAOP） 综合征等单基因遗传性皮肤病疾病中具有潜在的应用价值。总之，这项研究不仅提出了一种通过ER靶向克服复合物纳米粒子在内体滞留的策略，也为遗传性皮肤病的基因治疗提出了潜在候选物。
图3. 体内的结果表明优化的ER-HPAEs能够高效递送MBTPS1和COL7A1基因，促进体内MBTPS1蛋白和C7蛋白高效表达
总结
该研究得到国家自然科学基金、中国博士后基金会、上海市自然科学基金、上海市卫健委临床专项和西安交通大学青年拔尖人才的支持。
第一作者简介：
王晨飞 博士后
王晨飞，男，2022年博士毕业于西安交通大学，2023年1月至今在复旦大学附属儿科医院开展临床医学博士后研究，独立设计了一系列具有自主知识产权的非病毒DNA/mRNA/蛋白递送载体，并探究其在基因治疗遗传性疾病和癌症以及疫苗开发等方面的研究。基于上述研究，已发表 SCI 论文18篇，其中以第一作者/通讯作者发表中科院一区SCI论文11篇，包括ACS Materials Letters，Journal of Controlled Release，ACS Macro Letters，Journal of Nanobiotechnology等，授权和申请发明专利11项，已商业化转让三项，并主持国自然青年基金，2023国家资助博士后研究人员计划，上海市卫健委临床专项等四项科研项目。
通讯作者简介：
张思 教授
张思，男，复旦大学上海医学院教授。发表SCI论文60余篇包括，Science Advances，Circulation，Europe heart journal等杂志发表论文，引用1000余次，H-Index为21，近年以第一或通讯作者在心血管系统（冠心病，血栓和止血）领域，发表10分以上论文12篇，其中20分以上6篇。包括Web of Science高引用率热点论文，以及Faculty 1000推荐论文。获上海市科技进步二等奖、上海市医学科技奖一等奖、中华医学会科技三等奖等奖励，以项目负责人负责国家自然科学基金项目4项和省部级项目等资助5项。
李明 教授
李明，男，主任医师，教授，博士研究生导师，博士后合作导师，复旦大学附属儿科医院皮肤科主任。入选上海市浦江人才计划、上海市高峰高原计划-研究型临床医师和上海市卫健委优秀学科带头人培养计划。主要从事遗传性皮肤病与变态反应性皮肤病临床与基础研究。发现6种新的遗传性皮肤病致病基因，并且命名二种新疾病----CAOP综合征和DIDA综合征。承担包括5项国家自然科学基金面上项目等科研课题19项。以第一作者或通讯作者发表SCI论文100余篇，包括EMBO molecular medicine、American Journal of Human Genetic、Advanced Drug Delivery Reviews、JCI Insight、Journal of Controlled Release、Journal of Nanobiotechnology、British Journal of Dermatology以及Journal of Investigative Dermatology等遗传病学、皮肤病学以及基因治疗等领域主流期刊。
周德重 教授
周德重，男，教授，分别于2007年在湖南大学获得应用化学学士学位、2012年在南开大学获得高分子化学与物理博士学位。2013年至2018年在爱尔兰国立高威大学和都柏林大学从事博士后研究并获得玛丽居里学者。2018年9月通过加入西安交通大学担任教授、博士生导师。长期从事拓扑结构高分子的合成及其生物医学应用，目前已在Science Advances、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Advanced Materials、Nature Reviews Chemistry、Progress in Polymer Science等期刊发表学术论文80余篇，申请欧美及中国专利多项，部分研究成果已实现转化，主持国自然面上及青年等多项省部级项目。
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ACS Materials Lett. 2024, 6, XXX, 5048–5057
Publication Date: October 11, 2024
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c01830
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Sara E. Skrabalak
Indiana University Bloomington
Deputy Editor
Bin Liu
National University of Singapore
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