从体外到体内：PEG-脂质在LNP递送效能中的主导作用及其跨给药途径影响机制解析

为解决PEG-脂质烷基链长度对脂质纳米颗粒（LNP）性能的影响机制不明确的问题，研究人员系统评估了DMG-PEG 2000（C14）与DSG-PEG 2000（C18）联合三种可电离脂质（ALC-0315、DLin-MC3、SM-102）的LNP在体外（HeLa细胞）和体内（小鼠IM/SC/IV给药）的效能差异。结果表明，DMG-PEG LNPs凭借更快的PEG解离动力学显著提升跨给药途径的mRNA转染效率，揭示了PEG-脂质选择对LNP设计的关键调控作用，为核酸递送系统的精准优化提供新策略。

　　

在核酸药物递送领域，脂质纳米颗粒（LNP）已成为mRNA疫苗和疗法的核心载体，但其性能优化仍面临关键挑战。尽管可电离脂质（如ALC-0315、SM-102）因其pH响应特性被广泛研究，占LNP组成的50%，但仅占1.5%的PEG-脂质（如DMG-PEG 2000、DSG-PEG 2000）的作用长期被低估。传统观点认为PEG-脂质仅通过空间位阻稳定颗粒，但其烷基链长度（C14 vs C18）如何影响不同给药途径下的LNP命运仍不明确。这种认知缺口直接制约了LNP在肌肉注射（IM）、皮下注射（SC）和静脉注射（IV）等场景中的精准设计。

为破解这一难题，英国University of Strathclyde的研究团队在《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》发表研究，通过系统比较两种PEG-脂质与三种可电离脂质组合的LNP性能，揭示了PEG-脂质烷基链长度对递送效能的决定性影响。研究采用动态光散射（DLS）表征颗粒理化性质，通过氯丙嗪抑制实验解析内吞途径，结合活体成像技术（IVIS）追踪不同给药途径下荧光素酶报告基因的表达动态。

4.1 LNP理化表征
所有LNP粒径均为70-90 nm（PDI≤0.05），但DMG-PEG LNPs比DSG-PEG小约10 nm。SM-102基LNP呈现轻微正电性（+7.2 mV），而ALC-0315基LNP近中性，但封装效率均>90%。凝胶电泳证实mRNA完整性无差异，表明性能差异源于脂质组成而非载体稳定性。

4.2 内吞途径解析
氯丙嗪抑制实验显示，所有LNP主要依赖网格蛋白介导的内吞（clathrin-mediated endocytosis），但DMG-PEG LNPs内化效率更高。细胞松弛素D处理表明巨胞饮作用（macropinocytosis）辅助参与，而小窝蛋白（caveolae）通路几乎无贡献。这一发现颠覆了既往认为DSG-PEG更依赖非网格蛋白通路的认知。

4.3 体外表达差异
在HeLa细胞中，DMG-PEG LNPs的荧光素酶活性比DSG-PEG高3-5倍，且SM-102>ALC-0315>DLin-MC3。值得注意的是，DLin-MC3的弱效与其独特的四烯烃尾链结构相关，这种结构可能阻碍内体膜融合。

4.4 体内递送优势
小鼠实验中，DMG-PEG LNPs在所有给药途径中均保持优势：IM注射后肌肉部位表达量高2倍，同时肝脏蓄积增加；SC注射后颈部注射点信号增强4倍；IV注射后6小时肝脏表达达峰值。微CT三维成像显示，SM-102/DMG-PEG组经IM给药可实现肌肉-肝脏双靶向，而SC给药仅局限注射部位。

这项研究的重要价值在于揭示了PEG-脂质的"隐形调控"机制：DMG-PEG（C14）因疏水尾链较短，在血清中快速解离（45%/h vs DSG-PEG的0.2%/h），暴露出LNP表面促进载脂蛋白E（ApoE）吸附，从而加速肝脏低密度脂蛋白受体（LDLR）介导的内化。这一发现解释了为何DMG-PEG LNPs在缺乏丰富血清蛋白的体外实验中仍表现优异——其内吞效率提升独立于蛋白冠效应。

该成果为LNP设计提供了黄金法则：当目标为快速起效（如疫苗）时，DMG-PEG是优选；而需长效循环（如肿瘤靶向）则可考虑DSG-PEG。更深远的意义在于，它打破了"可电离脂质主导效能"的传统范式，证明仅占1.5%的PEG-脂质可通过调控纳米颗粒-生物界面相互作用，成为跨越生物屏障的"分子开关"。这一认识将推动核酸药物从"经验配方"向"理性设计"的范式转变。