可电离脂质与甾醇结构变异对脂质纳米颗粒性能的影响机制及递送优化研究

本研究针对核酸递送系统优化难题，系统评估了11种新型可电离脂质(ALC-0315等)与6种甾醇(胆固醇/β-谷甾醇等)组合对脂质纳米颗粒(LNP)性能的影响。通过微流控技术制备LNP，结合体外HeLa细胞实验和BALB/c小鼠体内模型，发现锥形结构可电离脂质显著提升mRNA表达效率，而甾醇变异可改变器官靶向性（如羊毛甾醇促进脾脏富集）。研究揭示了离子化脂质化学结构是决定LNP效价的关键因素，为下一代RNA疗法的递送系统设计提供了重要策略。

　　

在核酸药物研发领域，脂质纳米颗粒(LNP)作为革命性递送载体，已在mRNA疫苗和基因治疗中展现出巨大潜力。然而现有LNP系统仍面临递送效率不稳定、器官靶向性不可控等核心挑战，其性能瓶颈主要源于对关键组分——可电离脂质(ionisable lipids)和甾醇(sterols)的结构-功能关系认知不足。传统LNP依赖单一脂质配方（如临床常用的ALC-0315），难以满足不同治疗场景的需求。更棘手的是，大量体外表现优异的LNP在活体环境中屡屡"失灵"，这种"体外-体内鸿沟"严重阻碍了递送系统的理性设计。

为破解这些难题，英国诺丁汉大学（University of Nottingham）的研究团队开展了一项系统性研究，通过组合化学策略构建了包含11种新型可电离脂质和6种甾醇衍生物的LNP库。研究采用微流控芯片实现标准化制备，通过动态光散射(DLS)测定粒径和分散性(PDI)，TNS荧光法测定pKa值，并借助荧光素酶报告基因定量评估HeLa细胞和小鼠模型中的mRNA表达效率。论文成果发表在《Journal of Controlled Release》，为下一代RNA疗法的精准递送提供了重要理论依据。

关键技术方法

研究采用NanoAssemblr微流控平台以3:1水相/有机相流速比制备LNP，固定氮磷比(N/P)为6。通过透析法纯化后，使用动态光散射(DLS)测定粒径和PDI，TNS荧光法测定pKa。体外实验采用HeLa细胞评估荧光素酶表达，体内实验通过BALB/c小鼠模型进行肌肉注射(IM)和静脉注射(IV)，利用IVIS成像系统定量器官分布。

主要研究结果

1. 可电离脂质结构决定LNP性能

锥形结构的APL-143（含哌嗪头基）和永久阳离子脂质APL-719在HeLa细胞中表达量较ALC-0315提高3倍，其多分支尾链增强膜 destabilization。但这类脂质在体内却表现不佳，提示阳离子特性可能加速免疫清除。pKa测定显示各脂质电离阈值在5.75-7.43间波动，但与封装效率(EE%)无直接相关性。

2. 甾醇变异调控器官靶向

传统胆固醇配方主要富集于肝脏（占比>70%），而羊毛甾醇(lanosterol)使ALC-0315-LNP的脾脏分布比例提升至58%。植物甾醇β-谷甾醇和豆甾醇(stigmasterol)虽能提高体外表达，但体内改善有限。值得注意的是，所有甾醇变体对永久阳离子脂质性能影响微弱。

3. 递送路径依赖性

肌肉注射时ALC-0315配方24小时后仍有35%表达滞留于注射部位，而静脉注射同配方则主要靶向肝脏（86%）。APL-143虽在两种路径下均保持性能排序一致性，但绝对表达量相差两个数量级，凸显给药方式的关键影响。

结论与意义

该研究首次系统揭示了可电离脂质分子几何结构（如锥形APL-143）与体内外性能的复杂关系，打破了"pKa决定论"的传统认知。发现羊毛甾醇可重编程LNP器官分布的新功能，为脾脏靶向疫苗设计提供了新思路。研究同时警示：体外筛选模型可能遗漏90%的潜在候选脂质，这对LNP研发策略具有重大指导价值。这些发现不仅深化了对LNP结构-功能关系的理解，更为精准医疗时代的核酸药物递送系统设计提供了可编程的分子工具箱。