脂质组成对siRNA和mRNA脂质纳米颗粒肺部递送性能的影响机制研究

为解决RNA疗法在肺部递送中的关键瓶颈问题，研究人员系统研究了不同辅助脂质(DOPE/DSPC)和PEG脂质(PEG-DMG/PEG-DMPE)对LNP性能的影响。通过ALI细胞模型和蛋白冠分析发现，DOPE通过形成反六方相结构显著提升siRNA内体逃逸效率，而DSPC-LNP在肺黏液蛋白冠中吸附更多功能蛋白。该研究为优化肺部RNA递送系统提供了关键设计依据。

　　

在生物医药领域，脂质纳米颗粒(LNP)作为RNA递送载体已展现出革命性潜力，从首款siRNA药物Onpattro?到COVID-19 mRNA疫苗，其成功应用改写了现代医学的格局。然而，当这类技术转向肺部疾病治疗时，却面临着独特的挑战——肺部的黏液屏障像一道"分子栅栏"，使得超过80%的纳米颗粒在到达靶细胞前就被清除。更复杂的是，不同RNA分子（如siRNA和mRNA）的结构差异（21bp双链vs 1929nt单链）与脂质组分的相互作用机制尚不明确，这严重制约了精准递送系统的设计。

针对这一关键问题，德国路德维希-马克西米利安大学的研究团队在《European Journal of Pharmaceutical Sciences》发表了一项突破性研究。通过构建四种不同脂质组成的LNP（含DOPE或DSPC辅助脂质，PEG-DMG或PEG-DMPE），结合先进的ALI培养模型和蛋白质组学技术，揭示了脂质-RNA互作影响肺部递效的分子机制。

关键技术方法包括：采用微流控技术制备标准化LNP；通过动态光散射(DLS)表征粒径和分散性；利用冷冻电镜(CryoTEM)解析纳米结构；建立气液界面(ALI)培养的Calu-3细胞模型模拟肺上皮；采用质谱技术分析肺黏液蛋白冠组成；通过流式细胞术和共聚焦显微镜定量评估转染效率。

研究结果方面：
3.1 理化性质表征显示所有LNP粒径约100nm（适合穿透200nm的黏液孔隙），但DOPE-LNP的siRNA包封率显著低于DSPC-LNP（72% vs 79%）。
3.2 CryoTEM成像首次捕捉到DOPE-LNP中特征性的反六方相(H_II)结构，而DSPC-LNP呈现层状排列。
3.3 体外性能检测发现DOPE使siRNA转染效率提升42%，但对mRNA无影响，表明RNA尺寸依赖性的内体逃逸机制。
3.4 内体逃逸实验通过Pearson相关系数定量证实DOPE-LNP的逃逸效率是DSPC-LNP的1.8倍。
3.6 ALI模型证实所有LNP能穿透25μm厚黏液层，实现24-42%的GAPDH基因沉默。
3.7 蛋白冠分析发现DSPC-LNP吸附更多功能蛋白（如LAMP2和膜联蛋白A2），可能与增强的细胞摄取相关。

讨论与结论指出，DOPE的圆锥形分子结构促进形成非层状纳米结构，产生的膜扰动更适合小尺寸siRNA的胞质释放。该研究建立了"脂质组成-纳米结构-生物性能"的定量关系，为呼吸道疾病的精准RNA治疗提供了三大设计原则：①针对siRNA优先选择DOPE提升内体逃逸；②肺部递送需平衡黏液穿透与蛋白冠调控；③RNA分子尺寸是脂质选择的关键参数。这些发现不仅解释了临床制剂Onpattro?采用DSPC而非DOPE的深层原因，更为下一代吸入式RNA药物的开发奠定了理论基础。