可降解三级胺聚合物增强LNP递送mRNA效率：肝靶向表达提升百倍且无炎症反应

语 为解决脂质纳米粒（LNP）内体逃逸效率低（<20%）限制mRNA治疗效果的瓶颈，研究人员创新性地将仅含三级胺的可降解聚合物（NS201/NS202）引入标准LNP体系，构建新型p-LNP。该载体通过强化质子海绵效应，使内体逃逸率提升至80%，细胞摄取量增加3倍；体内实验证实其介导的荧光素酶mRNA在肝脏表达量较标准LNP提高100倍，且不引发IFN-γ、IL-6等炎症因子升高，为安全高效的mRNA递送提供了新策略。

　　

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研究背景：打破mRNA疗法的内体"牢笼"

mRNA疗法在疫苗开发、肿瘤免疫等领域展现出革命性前景，但其临床应用面临重大挑战：裸露的mRNA易被降解且难以穿透细胞膜。脂质纳米粒（LNP）作为主流递送载体，虽能保护mRNA并促进细胞摄取，却受困于内体逃逸效率低下——仅有不足2%的LNP能将mRNA成功释放到胞质。传统解决方案如聚乙亚胺(PEI)等阳离子聚合物虽能通过"质子海绵效应"（质子缓冲引发内体渗透性破裂）促进逃逸，但因其含高毒性伯胺/仲胺基团，易引发细胞损伤和炎症反应。如何构建兼具高效逃逸能力与生物安全性的递送系统，成为领域核心难题。

研究方案与核心方法

加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia, UBC）Shyh-Dar Li团队提出创新策略：设计仅含三级胺的可降解聚合物（NS201/NS202），通过微流控技术将其掺入标准LNP（含MC3/SM-102等可离子化脂质），构建新型聚合物修饰LNP（p-LNP）。研究采用四步关键方法：

1. 聚合物合成：以1,4-丁二胺为骨架，通过迈克尔加成和酰胺化反应构建仅含三级胺的NS聚合物（分子量<3000 g/mol）；
2. p-LNP制备：在标准LNP配方中掺入0.5-10% NS聚合物，微流控自组装形成纳米粒；
3. 跨尺度评价：涵盖粒径/多分散指数(PDI)/Zeta电位表征、pH缓冲能力测定、内体逃逸追踪（溶酶体共定位分析）、体外报告基因表达；
4. 体内验证：静脉注射载荧光素酶mRNA的p-LNP，通过活体成像量化肝脏靶向表达，并检测血清炎症因子（IFN-γ, IL-6等）。

研究结果

1. 材料合成与表征

成功合成仅含三级胺的NS201（Mw=2100 g/mol）、NS202（Mw=2900 g/mol），其可降解酯键确保代谢安全性。p-LNP保持约80 nm粒径（动态光散射）、PDI<0.2、近中性Zeta电位（-1至+3 mV），mRNA包封率>90%，满足体内递送需求。

2. 质子缓冲与内体逃逸增强

NS聚合物显著提升p-LNP的pH缓冲能力（pH 5.0-7.4区间）。共聚焦显微成像显示：

• 标准LNP：内体逃逸率仅20%，大量mRNA滞留溶酶体（LysoTracker^?红色荧光共定位）
• p-LNP（NS202 5%）：逃逸效率达80%，胞质mRNA扩散显著

3. 细胞机制与安全性

p-LNP通过网格蛋白介导的内吞途径进入细胞。细胞摄取量较标准LNP提高3倍（流式细胞术定量），且1 mg/mL处理24小时无细胞毒性（MTT法）。

4. 体内高效表达与安全性

静脉注射后8小时活体成像显示：

• 标准LNP组：肝脏区域平均荧光信号 1×10⁴ photons/s
• p-LNP（NS202 5%）组：信号强度达1×10⁶ photons/s，提升100倍
  关键炎症因子（IFN-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6）血清水平与对照组无统计学差异，证实无免疫原性风险。

结论与意义

本研究通过理性设计仅含三级胺的可降解聚合物NS201/NS202，成功构建新一代p-LNP递送平台。其核心突破在于：

1. 机制创新：三级胺在生理pH下保持电中性（降低非特异性结合），而在酸性内体中被质子化，激活质子海绵效应促进膜破裂；
2. 性能跃升：将内体逃逸效率从20%提升至80%，肝脏靶向表达增强100倍；
3. 临床兼容性：突破传统阳离子聚合物的毒性桎梏，实现"高效无炎"的递送目标。

该成果发表于《Biomaterials》，不仅为mRNA疫苗、基因治疗提供了更优载体，其"三级胺特异性质子海绵"设计策略更为核酸递送系统开发开辟新路径。未来可拓展应用于CRISPR-Cas9、siRNA等大分子递送，推动精准医疗发展。