肽靶向脂质纳米粒的后修饰策略优化及其器官靶向性研究

本研究针对脂质纳米粒（LNPs）在肝外器官细胞特异性递送的难题，系统比较了肽靶向修饰的两种策略：后修饰靶向（PCT）与在线靶向（ILT）。结果表明，PCT策略通过聚乙二醇（PEG）-脂质化学手柄实现肽后修饰，显著提升纳米粒稳定性、转染效率及内皮细胞靶向性，克服了ILT策略因肽尺寸引发的聚集缺陷。该研究为拓展LNPs在基因治疗中的应用提供了关键方法学优化，发表于《Journal of Controlled Release》。

　　

论文解读

基因治疗领域近年来因脂质纳米粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）技术的突破迎来重大进展，尤其在肝脏靶向递送中表现卓越——2018年FDA批准的首款LNP药物Onpattro?成功用于遗传性淀粉样变性治疗。然而，肝外器官的细胞特异性递送仍是亟待攻克的瓶颈。传统LNPs依赖血液中载脂蛋白E（ApoE）吸附介导的肝细胞靶向，但在肺、脾、肿瘤等组织的精准递送效率有限。尽管"选择性器官靶向"（SORT）策略通过调控LNP pK_a值改善了器官分布，如何实现细胞层级靶向仍缺乏普适性方案。

针对这一挑战，加州大学圣迭戈分校（University of California San Diego）的研究团队聚焦于肽配体修饰策略，系统比较了两种关键制备方法：后修饰靶向（Post-conjugation targeted, PCT）与在线靶向（In-line targeted, ILT）。前者先构建含化学手柄的PEG-脂质LNPs，再偶联靶向肽；后者则直接合成肽-PEG-脂质复合物用于LNP组装。研究发现，尽管两种方法所得LNPs粒径相近，但ILT策略在修饰大分子肽（如31肽）时引发纳米粒聚集，且批次稳定性与得率均低于PCT策略。更重要的是，以经典靶向肽环状RGD（cyclic RGD, cRGD）为模型时，PCT-LNPs在体外虽与ILT-LNPs摄取效率相当，但其介导的mRNA表达量却高出2倍——揭示肽修饰方法直接影响基因递送效能。

核心实验技术包括：

1. 微流控技术制备LNPs：采用标准化工艺包封mRNA（如萤光素酶报告基因）；

2. 体外细胞结合/摄取分析：通过流式细胞术定量靶向效率；

3. 活体生物分布与转染评价：系统注射后检测器官水平mRNA表达（Ai9转基因小鼠模型通过Cre-Lox系统示踪细胞特异性转染）；

4. 结构表征：动态光散射（DLS）测定粒径，HPLC分析脂质组成。

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Characterization of in-line and post-conjugation peptide LNPs

团队选取5类代表性靶向肽（线性/环状RGD、CGKRK、VCAM-1、RVG），覆盖4-31个氨基酸长度梯度。理化分析表明，ILT策略在修饰31肽时引发LNP聚集（粒径>200 nm），而PCT-LNPs对所有肽均保持稳定（~80 nm）。PCT策略的包封率（>95%）亦显著优于ILT（~85%），证实后修饰法对LNP内核结构干扰更小。

Discussion

在机制层面，PCT策略的肽暴露于LNP表面，更利于受体结合；而ILT策略中肽链可能埋入脂质层或影响自组装过程。此外，PCT可通过调整肽偶联密度优化靶向效率，而ILT的肽掺入量受限于配方兼容性。

Conclusion

研究结论指出：

1. PCT策略显著提升靶向LNPs性能：克服ILT的聚集缺陷，增强转染效率与批次稳定性；

2. 器官与细胞层级靶向重编程：cRGD修饰使LNPs从肝细胞转向肺、脾内皮细胞递送（Ai9模型证实内皮特异性转染）；

3. 方法学普适性：PCT适用于不同理化性质的肽配体，为肝外靶向递送提供通用平台。

该研究首次系统阐明肽修饰方法对LNPs功能的影响，为下一代靶向基因药物的开发奠定技术基础。未来需深入探究肽修饰对LNP-蛋白冠相互作用的调控机制，并针对特定受体优化偶联参数（如连接臂长度、表面密度）。

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论文发表于《Journal of Controlled Release》，通讯作者为Ester J. Kwon（加州大学圣迭戈分校）。研究得到美国国立卫生研究院（NIH NIAID 2R01AI132413、NINDS DP2 NS111507）及美国国家科学基金会（NSF DMR-2011924）资助。