基于mRNA疫苗的序贯选择性器官-细胞靶向策略治疗胶质瘤的研究

《Nature Communications》：mRNA vaccine developed for sequential selective organ-to-cell targeting of glioma

本研究针对mRNA系统递送靶向性差、肝蓄积严重及PEG脂质致敏等问题，开发了不含PEG脂质的三组分脂质纳米粒(tLNP)，通过间位离子化脂质体(meta-tLNP)构建的SSOCT策略实现脾脏树突状细胞(DC)的精准mRNA递送。该mXO10 tLNP@mIDH1疫苗联合Anti-PD-1可显著抑制小鼠胶质瘤生长并延长生存期，为肿瘤mRNA疫苗研发提供新思路。

　　

在生物医学领域，信使RNA（mRNA）疗法因其在疫苗开发、蛋白质替代疗法和基因编辑等方面的巨大潜力而备受关注。然而，mRNA疗法面临一个关键挑战：如何将mRNA精准递送到特定的器官和细胞。目前，基于脂质纳米粒（LNP）的递送系统在全身给药后，mRNA主要聚集在肝脏，这限制了其在肝外疾病治疗中的应用。虽然科学家们已经尝试通过修饰LNP表面或引入选择性器官靶向（SORT）策略来改善靶向性，但实现特定器官内特定细胞的精准mRNA表达仍然困难重重。此外，传统LNP通常包含四种成分，其中聚乙二醇（PEG）脂质可能引起过敏反应，这也带来了安全性担忧。胶质瘤作为一种常见的恶性脑肿瘤，现有治疗手段效果有限，患者生存率低，亟需新的治疗策略。mRNA疫苗作为一种新兴的肿瘤免疫治疗方式，具有设计灵活、生产快速等优势，但其疗效在很大程度上依赖于高效、安全的递送系统。

为了突破这些瓶颈，来自中山大学药学院（深圳）的邓文斌和张冠群团队在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究。他们开发了一种序贯选择性器官-细胞靶向（SSOCT）策略，并构建了三组分脂质纳米粒（tLNP），成功实现了mRNA在脾脏树突状细胞（DC）中的精准表达，为胶质瘤的mRNA疫苗治疗提供了新思路。

研究人员主要运用了几项关键技术：首先合成了间位、邻位和对位（meta/ortho/para）离子化脂质体库，并制备了不含PEG脂质的tLNP；通过体外细胞实验和小鼠体内实验评估了不同tLNP的mRNA递送效率；利用生物发光成像、流式细胞术等技术研究了tLNP的器官靶向性和细胞特异性；最后通过建立原位胶质瘤小鼠模型，评估了mXO10 tLNP递送的IDH1 R132H mRNA疫苗（mXO10 tLNP@mIDH1）单独或联合抗PD-1（Anti-PD-1）治疗胶质瘤的效果。实验所用细胞系包括HEK293T、DC2.4和GL261细胞，动物模型为BALB/c和C57小鼠。

合成离子化脂质体库和筛选

研究人员通过间/邻/对位苯二胺与脂肪族碳链反应，合成了一系列位置异构的离子化脂质体（如mXO(n+1)、oXO(n+1)、pXO(n+1)等），并用其制备了三组分tLNP（不含PEG脂质）。体外实验表明，基于间位离子化脂质体的meta-tLNP（如mXO10 tLNP）的mRNA递送效率显著高于邻位和对位tLNP（ortho-/para-tLNP）。机制研究发现，meta-tLNP具有更高的细胞摄取效率，其离子化脂质体更易形成H_II相纳米结构，有利于mRNA的细胞内递送。

发现和开发SSOCT策略

体内实验显示，经尾静脉注射后，m/o/pXO10 tLNP和m/o/pXE14 tLNP能选择性在脾脏中表达mRNA，而商业化的ALC-0315 LNP则在肝脏和脾脏均有表达。进一步研究发现，mXO10 tLNP能在脾脏中特异性靶向树突状细胞（DC），尤其是cDC2亚群，实现mRNA的高效表达。这表明SSOCT策略能首先实现器官选择性（脾脏），进而实现细胞靶向（DC），从而精确调控mRNA的表达位置。

tLNP@mRNA的特性表征

研究人员对筛选出的mXO10 tLNP和mXE14 tLNP进行了系统表征。它们的水合粒径约为180纳米，mRNA封装效率超过70%，且能有效保护mRNA免受RNase降解。体外实验证明这两种tLNP能高效递送不同功能的mRNA（如荧光素酶mRNA、mCherry mRNA、胶质瘤相关抗原IDH1 R132H mRNA）进入细胞并成功表达相应蛋白。

胶质瘤mRNA疫苗（mXO10 tLNP@mIDH1）及其联合Anti-PD-1治疗胶质瘤的研究

鉴于mXO10 tLNP能通过SSOCT策略靶向脾脏DC，研究人员利用其递送靶向胶质瘤相关抗原IDH1 R132H的mRNA，制备了mRNA疫苗mXO10 tLNP@mIDH1。在胶质瘤小鼠模型中，该疫苗能有效抑制肿瘤生长，延长小鼠生存期。当与Anti-PD-1联合使用时，抗肿瘤效果进一步增强，甚至能完全清除部分小鼠的肿瘤，且联合治疗组小鼠存活率最高（80%），表明协同抗肿瘤效应。

胶质瘤mRNA疫苗（mXO10 tLNP@mIDH1）治疗机制研究

机制研究表明，mXO10 tLNP@mIDH1疫苗能显著激活脾脏DC细胞，促进促炎细胞因子（如IL-6、IL-12、TNF-α）的分泌，并增强CD8⁺T细胞和CD4⁺T细胞在肿瘤组织中的浸润。联合Anti-PD-1治疗能进一步强化这些免疫应答。疫苗免疫还诱导了Th1偏向的细胞免疫反应。体内生物安全性评估显示该mRNA疫苗具有良好的生物相容性。

讨论与结论

该研究证实了离子化脂质体的位置异构现象会显著影响LNP的mRNA递送效率、器官选择性和细胞靶向性。通过合理的化学设计（如引入苯环和羟基）和SSOCT策略，能够实现脾脏DC细胞的精准靶向，从而高效开发肿瘤mRNA疫苗。本研究开发的mXO10 tLNP@mIDH1 mRNA疫苗在联合免疫检查点抑制剂时展现出强大的抗胶质瘤效果，为胶质瘤及其他肿瘤的mRNA免疫治疗提供了新的技术平台和思路。该策略通过简单的化学修饰和组分优化，实现了肝外器官选择性mRNA表达、特定细胞靶向、高效递送和高生物相容性，有望推动mRNA疗法在更多疾病领域的应用。