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通过模块化脂质纳米颗粒（LNP）进行器官和细胞特异性mRNA递送在治疗各种疾病方面潜力巨大，但药物的靶向递送仍具有一定挑战性。以往研究集中在筛选可电离脂质和辅助脂质上，以解决上述问题。

2025年2月3日，西湖大学程建军、Zhou Yaofeng共同通讯在ACS Nano 在线发表题为“Deciphering the Role of PEGylation on the Lipid Nanoparticle-Mediated mRNA Delivery to the Liver”的研究论文。该研究报道了聚乙二醇化脂质在LNP介导的mRNA向肝脏递送中的多种作用。

作者选取LNP产品中的典型辅料：DLin-MC3-DMA、DPSC和胆固醇。选择五种类型的聚乙二醇化脂质，其摩尔比固定在1.5%，PEG分子量恒定为2000Da。脂质空间结构影响了体外基因转染、体内血液清除、肝脏沉积和特定细胞的靶向，均与去聚乙二醇化速率密切相关。快速的PEG化导致血液循环短和肝脏中的高度积累。然而，过快的去聚乙二醇化使得更多的LNP能够在肝细胞以外的Kupffer细胞中沉积。令人惊讶的是，简单地将聚乙二醇化脂质的末端基团从甲氧基更改为羧基或胺可显著增强LNP的肝脏递送，与PEG化速率加快和LNP-细胞相互作用增强有关。该研究强调了脂质空间结构在促进mRNA递送中的重要性，为配制和优化mRNA LNP提供了一种替代方法。

信使核糖核酸（mRNA）是一种单链序列，携带来自脱氧核糖核酸（DNA）的遗传信息，并用作蛋白质合成的模板。过去十年中，mRNA已经转变为一类特殊的治疗剂，用于预防或治疗各种疾病。由于mRNA的稳定性和免疫原性问题，需要采用模块化递送载体实现体内应用。脂质纳米颗粒（LNP）是研究最深入和临床最先进的非病毒mRNA递送载体，几种基于LNP的mRNA药物已成功实现临床转化。典型的mRNA LNP由胆固醇、辅助脂质、可电离脂质和含有亲水性聚乙二醇（PEG）的空间脂质组成。可电离脂质可以静电浓缩mRNA，在LNP内形成反向胶束；内吞作用下，脂质在酸性内体中的电离诱导非双层六边形相的形成，触发膜损伤并将药物释放到胞质溶胶中。聚乙二醇化脂质在LNP核心之外形成单层，确保LNP的空间稳定性和全身循环。

尽管已经开发出多种器官特异性mRNA LNP，但由于肝脏中存在丰富的血管和巨噬细胞（Kupffer细胞），仍是mRNA纳米药物的主要聚集地。已有研究主要集中在定制可电离脂质，通过器官和细胞靶向改善mRNA递送，但聚乙二醇化脂质在递送效率中的作用经常被忽视。事实上，聚乙二醇化脂质从多个方面影响LNP的性质和命运，包括粒径、表面电荷、抗聚集和血清蛋白吸附的稳定性、单核吞噬细胞系统（MPS）的消除、药代动力学、生物分布、细胞摄取和内体逃逸。上述行为主要由PEG化脂质结构决定的去聚乙二醇化动力学（即PEG脱落）调控。同时，LNP递送受PEG末端基团的影响，通过氟化部分的PEG末端修饰增强细胞摄取和内体逃逸，显著增强mRNA递送。然而，聚乙二醇化脂质的分子量（MW）、拓扑结构、两亲性、末端基团类型和电荷之间的相互作用使得调控LNP具有挑战性。因此，迫切需要全面研究聚乙二醇化脂质在mRNA递送中的作用。

图1 聚乙二醇化脂质对mRNA LNP肝脏递送影响的示意图（摘自ACS Nano ）

该研究旨在阐明聚乙二醇化脂质与mRNA LNP递送效率之间的相关性，包括体外和体内的去聚乙二醇化动力学（即PEG脱落率）、血液循环、肝脏沉积、内吞作用、内体逃逸和蛋白质表达。选择[(6Z，9Z，28Z，31Z)-庚三醇-6,9,28,31-四烯-19-基]4-（二甲氨基）丁酸酯（DLin-MC3-DMA, MC3）作为可电离脂质，这是mRNA LNP开发的“金标准”之一。根据物理化学性质，共筛选出5种类型的聚乙二醇化脂质，包括硬脂酸-PEG偶联物（SA-PEG）、1,2-二肉豆蔻酰-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇（DMG-PEG）和聚乙二醇化1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（DSPE-PEG），末端基团不同（甲氧基、胺或羧基）。所有聚乙二醇化脂质的PEG MW均为2000Da。基于脂肪族链（单链或双链）的架构和链的长度，SA-PEG、DMG-PEG和甲氧基DSPE-PEG分别缩写为sC18PEG2k、dC14PEG2k和dC18PEG2k。同样，将胺基端和羧基端的DSPE-PEG命名为dC18PEG2k-NH2和dC18PEG2k-COOH。

参考消息：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c09399

来源：iNature