睾丸靶向递送mRNALNP新研究为治疗男性不育提供策略
近日，上海市第一人民医院教授姚晨成/李铮团队联合南方科技大学教授陈浩团队在Advanced Science上发表研究论文，报道了一种靶向睾丸精母细胞的mRNA-脂质纳米颗粒（Lipid nanoparticle, LNP）治疗平台，在不同基因变异所致生精障碍小鼠模型中成功挽救精子发生，并顺利生育子代小鼠。
“这一研究从根本上改变了对遗传性男性不育难以治疗的认知：生精障碍并非不可逆，而是可通过阶段特异的蛋白功能恢复被重塑。”中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员李劲松院士指出，“随着临床级递送系统完善，基于mRNA核酸药物的生育力重塑治疗方案有望在未来成为男性不育诊疗的关键里程碑。”
阻滞型生精障碍的临床困境
“不孕症构成了沉重的全球健康负担，影响全球10%–15%的夫妇，并导致严重的心理困扰和社会经济影响。约50%的不孕病例涉及男性因素。其中，生精障碍被认为是最严重的类型。”上海市第一人民医院泌尿男科教授李铮指出。
生精障碍，是精子发生障碍（sper-matogenic failure, SPGF）的简称。《精子发生障碍分型诊疗中国专家共识》将生精障碍分为3种亚型：“局灶型”、“阻滞型”和“衰竭型”。其中，“阻滞型”生精障碍是指精子发生阻滞于精原细胞、精母细胞或精子细胞的某一特定阶段，主要由遗传因素尤其是生精关键基因变异所引起，是最特殊的男性不育类型之一。
李铮介绍，目前临床上常用的内分泌治疗等方法，对“阻滞型”生精障碍患者几乎无效，显微取精成功率极低，患者往往只能通过供精生育子代。既往研究尝试通过CRISPR/Cas9 基因编辑技术在动物模型中纠正基因变异，恢复蛋白生理功能，从而挽救精子发生，但该技术的脱靶风险、长期安全性问题以及人类配子编辑的伦理限制，使其难以在生殖领域进行临床转化。因此，临床亟需开发一种治疗不同基因变异所致“阻滞型”生精障碍患者的安全、有效且通用的治疗策略。
构建mRNA-LNP递送平台
蛋白替代治疗，是指向靶细胞或组织递送编码正常蛋白的分子，使细胞重新获得该蛋白的生物学功能，而不直接改变基因组序列的治疗方法。
李铮表示，相较于体细胞，外源性分子如核酸如何进入生殖细胞一直是生殖研究领域内的“难点”。既往报道的电穿孔技术及腺相关病毒存在安全性及效率等限制，难以实现临床转化。
“LNP作为新冠疫苗中的重要递送载体，其安全性及有效性已得到广泛验证。”李铮说。为解决生殖细胞体内高效递送难题，研究团队基于前期构建的可电离脂质库构建LNP文库，通过睾丸网显微注射结合免疫荧光在体筛选靶向睾丸精母细胞的LNP，最终鉴定出一种能够优先靶向精母细胞并持续表达超过一周的LNP配方（Pool1-LNP3即公济LNP）。
依托上海市第一人民医院泌尿男科大规模生精障碍专病队列、生物样本库及多组学数据库，研究团队构建了基于生精障碍患者致病变异位点的Msh5D486Y/D486Y点突变小鼠，小鼠表现为雄性不育，精子发生阻滞于精母细胞。
研究团队基于公济LNP配方制备Msh5核酸药物，通过睾丸网显微注射至Msh5D486Y/D486Y点突变小鼠生精小管内，染色体铺展证实MLH1信号显著恢复，提示减数分裂程序被功能性重建。H&E及免疫荧光证实在注射后21天睾丸内三分之一生精小管管腔可见长形精子细胞，证实其可以成功挽救生精障碍。
为探究治疗后精子是否具有受精能力，研究人员使用核酸药物治疗后的Msh5D486Y/D486Y点突变小鼠睾丸精子进行卵胞质内单精子显微注射，结果显示，近一半受精卵成功发育至囊胚阶段，移植后顺利生育子代小鼠。
疗法展现广阔前景
基于LNP研发核酸药物，近年取得突破性进展。LNP用于新冠疫情的防治取得巨大成功，给这一疗法创造无限可能。李铮团队在开始研发阶段，借鉴应用辉瑞公司阳离子脂质研发LNP，并没有取得相应效果。早期制备在睾丸精母细胞表达极不稳定。随后，组织科研团队联合攻关，重新寻找具有靶向睾丸的LNP，在30种配方组成的LNP中，终于筛查到高效稳定的新载体，公济LNP。第二个"拦路虎"是如何将核酸药物，不经过肝脏而能到达生精细胞。李铮团队采取显微外科手术导航技术，直接将核酸药物递送至睾丸网，突破血睾屏障，实现精准递送。
同济大学生命科学与技术学院教授刘默芳认为，该研究在安全性层面提供了系统证据：“单精子与胚胎基因型未发现外源序列整合，组织学与炎症评估亦未见全身毒性，同时精子形态与染色质成熟度恢复至正常”。
“mRNA平台所具备的模块化编码、可重复给药及无基因组整合的安全优势，为男性不育提供走向‘可编程治疗’的全新路径。”李劲松院士评价称，“未来，该平台治疗不局限于生精障碍，对于遗传因素所致的少精子症、畸形精子症、弱精子症及受精障碍等均有治疗潜力。”
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