基于高比例双层脂质的脂质体mRNA递送系统实现肝外组织高效转染的机制研究

为解决传统LNP-mRNA系统肝靶向性强但肝外递送效率低的问题，加拿大不列颠哥伦比亚大学团队通过调控双层脂质(ESM/胆固醇)与可电离脂质摩尔比(RB/I)，开发出具有脂质体形态的长循环LNP-mRNA系统。研究发现RB/I=4的制剂呈现"固态核心+脂质双层"结构，显著降低血浆蛋白吸附，延长血液循环半衰期15倍，并在脾脏和淋巴结实现50-150倍的转染效率提升。该研究为拓展mRNA疗法在肝外疾病的应用提供了新策略，发表于《Nature Communications》。

　　

在基因治疗领域，基于脂质纳米粒(LNP)的mRNA递送系统已成功应用于肝脏靶向治疗，但肝外组织递送效率低下仍是重大挑战。传统LNP（如临床批准的Onpattro配方）静脉注射后90%剂量在1小时内被肝脏清除，这主要归因于其"可电离脂质核心+单层脂质外壳"的结构易被血浆蛋白识别。虽然聚乙二醇化(PEG)修饰可延长循环时间，但PEG涂层会抑制细胞摄取。如何设计兼具长循环特性和高效转染能力的肝外递送系统，成为制约mRNA疗法在肿瘤、心血管疾病等领域应用的关键瓶颈。

针对这一难题，加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究团队创新性地提出"高比例双层脂质"设计策略。通过系统调节双层形成脂质（卵鞘磷脂ESM/胆固醇）与可电离脂质的摩尔比(R_B/I)，成功开发出具有脂质体形态的LNP-mRNA系统。研究发现当R_B/I=4时，LNP呈现独特的"固态核心悬浮于水性腔室+完整脂质双层包裹"结构，这种结构模拟了长循环脂质体的特征，同时保留了mRNA递送功能。该突破性成果发表于《Nature Communications》，为拓展mRNA疗法的临床应用范围提供了全新解决方案。

研究采用微流控混合法制备不同R_B/I的LNP，通过冷冻电镜(cryo-TEM)解析纳米结构，结合SPECT/CT成像追踪体内分布，并利用质谱分析蛋白冠组成。体外实验使用Huh7细胞评估转染效率，体内研究采用CD-1小鼠模型。

高比例双层脂质导致脂质体形态和增强的体外转染效力
通过调节R_B/I从9至0.43，发现R_B/I=4-0.67的制剂保持90-100%的mRNA包封率。cryo-TEM显示R_B/I=4时84%的LNP呈现典型脂质体结构，核心占比30%。这种"固态核心-脂质双层"结构在pH降低时会发生核心外排，形成"局部弹头"促进内体逃逸，解释其为何在高双层脂质含量下仍保持转染能力。

脂质体LNP mRNA系统具有转染能力特性
与Onpattro样配方相比，R_B/I=4的脂质体LNP在脾脏和腹股沟淋巴结的转染效率分别提高50倍和150倍。SPECT/CT显示其循环半衰期延长15倍，在心脏、乳腺、胰腺等组织的蓄积显著增加。免疫荧光证实mCherry表达主要位于脾脏边缘区和淋巴结髓窦的巨噬细胞(F4/80⁺)。

脂质体LNP系统吸附较低水平的冠蛋白
蛋白质组学分析发现，脂质体LNP的蛋白冠总量比Onpattro样LNP减少2倍，其中免疫球蛋白Ighv10-1和纤维蛋白原Fgb吸附显著降低。双层结构使免疫蛋白比例减少4.4%，载脂蛋白增加3.6%，这种"隐形"特性是其长循环的关键。

脂质体LNP的mRNA装载和细胞内递送机制
pH梯度实验揭示：在endosomal pH降低时，固态核心会逐渐外排至LNP表面，形成富含mRNA-可电离脂质复合物的局部结构。这种"内体pH触发的形态重构"机制突破了传统认知——即高胆固醇含量会抑制膜融合的观点。

该研究建立了LNP形态学设计的全新范式，证明通过精确调控R_B/I可实现从"固态核心"到"脂质体"的结构转变。不同于传统PEG化策略，这种基于双层脂质的设计在保持转染效率的同时，通过减少蛋白冠吸附实现肝外靶向。特别是在淋巴系统的高效转染，为mRNA疫苗的淋巴结递送提供了新思路。研究还揭示了"固态核心外排"这一全新的内体逃逸机制，为下一代核酸递送系统设计提供了理论指导。值得注意的是，虽然脂质体LNP的给药剂量较高（R_B/I=4时为54 mg/kg），但ESM/胆固醇脂质体的安全性已在前期研究中得到验证，具有较好的临床转化前景。