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为探究脂质纳米颗粒（LNPs）肝靶向机制，研究人员剖析其与肝脏细胞的相互作用等，为疗法设计提供依据。
在现代医学的前沿领域，基因治疗和核酸药物的发展备受瞩目，脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNPs）作为重要的核酸递送载体，逐渐崭露头角。它能够包裹并保护核酸，使其免受降解，为治疗多种疾病带来了新的希望。然而，LNPs 有个显著特点，就是它在进入人体后，会优先在肝脏中积累，这一现象既为肝脏疾病的治疗提供了机遇，也引发了诸多疑问：为什么 LNPs 会如此偏爱肝脏？这种肝靶向性是如何实现的？它又面临着哪些挑战呢？
为了深入解答这些问题，来自澳大利亚南澳大学临床与健康科学中心药物创新中心（Centre for Pharmaceutical Innovation, University of South Australia）的研究人员 Mahboubeh Hosseini-Kharat、Kristen E. Bremmell 和 Clive A. Prestidge 开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Molecular Therapy Methods》杂志上，为理解 LNPs 的肝靶向机制以及开发更有效的基于 LNP 的疗法提供了重要依据。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：
- 高吞吐量筛选技术：用于识别优化肝脏递送的 LNP 配方，帮助研究人员从众多配方中筛选出更具潜力的用于肝脏靶向治疗的 LNPs。
- 石英晶体微天平耗散监测技术（QCM-D）：该技术能够提供脂质 - 蛋白质相互作用的关键数据，助力研究人员深入了解 ApoE 介导的靶向过程中脂质与蛋白质的相互作用机制。
下面我们来详细看看研究结果：
- 肝脏细胞与 LNPs 的相互作用
- Kupffer 细胞：Kupffer 细胞是肝脏窦状隙中的特殊巨噬细胞，负责清除循环中的纳米颗粒和其他异物。它对 LNPs 的摄取迅速，这使得 LNPs 在静脉注射后主要分布在肝脏，但也限制了到达肝细胞的 LNPs 数量。研究发现，调节 Kupffer 细胞的活性，如通过饱和其吞噬能力、抑制内吞途径或消耗 Kupffer 细胞等策略，可增强纳米颗粒向靶组织的递送。
- 肝细胞：肝细胞是肝脏的主要实质细胞，承担着蛋白质合成、解毒和脂质代谢等重要功能。由于与低密度脂蛋白（LDL）受体相互作用，肝细胞对 LNPs 具有高渗透性，尤其是直径小于 100nm 的 LNPs。ApoE 包被的 LNPs 可通过与 LDL 受体结合进入肝细胞。此外，肝细胞具有异质性，其分区差异会影响 LNP 的行为，不同区域的肝细胞在代谢功能和 LNP 摄取能力上有所不同。
- 肝窦内皮细胞（LSECs）：LSECs 是肝脏窦状隙的高度特化内皮细胞，具有窗孔结构，这使其能够促进包括 LNPs 在内的分子转移到 Disse 间隙，进而与肝细胞相互作用。LSECs 表达多种受体，可介导功能化 LNPs 的主动摄取，其摄取效率受 ApoE 结合、肝细胞分区以及 LNP 的大小、电荷和表面化学性质等因素影响。
- 肝星状细胞（HSCs）和胆管细胞：肝星状细胞储存维生素 A 并参与纤维化过程，胆管细胞有助于产生胆汁，它们与 LNPs 的相互作用相对较少，但肝星状细胞在肝脏功能和对纳米颗粒的反应中仍具有一定作用。
- LNP 组成与肝靶向性
- 影响因素：LNP 在肝脏的定位涉及生物分布和功能递送两个不同过程。生物分布是指 LNPs 进入循环后在特定组织中的积累，而功能递送则依赖于治疗性货物在靶细胞中的成功释放和作用。不同 LNP 配方在生物分布相似的情况下，功能递送可能存在差异。例如，可电离脂质的结构、辅助脂质、胆固醇以及表面化学性质等都会影响 LNP 的肝靶向性和功能递送效率。
- SORT 纳米颗粒：添加 “排序分子（SORT molecule）” 的 SORT 纳米颗粒可增强靶向 mRNA 向肝脏、脾脏和肺等器官的递送。其机制是通过血清蛋白吸附，使蛋白质（如 ApoE）结合到纳米颗粒表面，介导靶细胞（如肝细胞）通过 LDL 受体或其他组织特异性途径摄取。
- 肝靶向 LNP 研究的分析
- 多种因素影响：研究分析了众多文献中肝靶向 LNPs 的关键实例，发现静脉注射是最常用的给药途径。可电离脂质有助于增加内体逃逸和肝脏特异性递送，其尾长会影响器官分布；辅助脂质如 DOPE 和 DSPC 影响生物分布；胆固醇可稳定 LNPs 并影响靶向；表面化学性质对靶向效率至关重要，如 PEG 脂质可改善循环，可脱落的变体有助于肝脏靶向，甘露糖 - PEG 可增强对 LSECs 的受体特异性递送。
- 治疗应用广泛：LNPs 在肝靶向治疗中展现出广阔前景，可用于癌症治疗、基因编辑、代谢恢复和基因沉默等多种应用。例如，circUGP2 LNPs 可通过激活 p53 抑制肿瘤进展，Cre mRNA - 负载的 COATSOMESS - OP 可在肝细胞中实现精确基因编辑，可生物降解的 LNPs 可递送 ARG1 mRNA 用于代谢恢复，CL4H6 siRNA - 负载的 LNPs 可高效沉默肝细胞基因。
- 肝脏和肝外 LNP 的障碍
- 非特异性摄取：Kupffer 细胞和 LSECs 对 LNPs 的非特异性摄取限制了到达肝细胞的纳米颗粒数量，目前预防非特异性摄取的策略（如消耗 Kupffer 细胞）在临床应用中存在免疫抑制风险。
- 主动靶向挑战：主动靶向 LNPs 面临诸多限制，如受体竞争、受体表达个体差异和疾病状态下的改变，以及蛋白质冠的形成会掩盖靶向配体，降低特异性并增加脱靶效应。
- 肝脏分区影响：肝脏分区的代谢活性和受体分布差异使纳米颗粒的均匀递送变得复杂，当前设计难以解决这一问题，导致药物分布不均。
- 疾病肝脏状态障碍：患病肝脏的病理生理重塑（如肝纤维化时窦状内皮细胞窗孔的丧失和细胞外基质的沉积）会阻碍纳米颗粒的渗出和细胞摄取。
- 安全和伦理挑战：随着 LNP 疗法的发展，需要关注伦理和长期安全性问题，如知情同意、公平获取、基因编辑的伦理限制、免疫反应、毒性、脱靶效应以及大规模生产和处置对环境的影响。
- 肝外递送挑战：LNP 配方对肝脏摄取的强烈偏好给肝外疾病的治疗带来困难，蛋白质冠的形成进一步限制了其到达非肝脏靶标的能力。
研究结论表明，LNPs 的肝靶向性是多种因素共同作用的结果，包括与血清蛋白（如 ApoE）的相互作用、肝脏细胞的类型和功能、LNP 的组成以及肝脏的生理病理状态等。理解这些机制对于设计更有效的基于 LNP 的疗法至关重要。然而，目前 LNP 在临床应用中仍面临诸多挑战，如非特异性摄取、主动靶向困难、肝脏分区影响、疾病肝脏状态下的障碍、安全和伦理问题以及肝外递送难题等。未来，需要进一步研究和创新，开发能够动态响应肝脏微环境的材料，实现个性化的纳米颗粒配方设计，增加 LNPs 的多功能性，以克服这些障碍，推动 LNP 技术在肝脏疾病治疗以及其他疾病治疗中的广泛应用，为人类健康带来更多福祉。
