《International Journal of Pharmaceutics》：Lipid nanoparticles for precision nucleic acid delivery: linking cellular engineering to organ-specific targeting
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摘要
脂质纳米颗粒（LNPs）是经过临床验证的非病毒性核酸递送平台，但要将它们的应用扩展到精准基因治疗领域，仅依靠高效的颗粒制备或组织积累是不够的。功能性递送需要克服一系列生物学障碍：建立对目标组织的生物通道、实现细胞特异性摄取、逃脱内体捕获，并将完整的货物释放到细胞质中
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摘要
脂质纳米颗粒（LNPs）是经过临床验证的非病毒性核酸递送平台，但要将它们的应用扩展到精准基因治疗领域，仅依靠高效的颗粒制备或组织积累是不够的。功能性递送需要克服一系列生物学障碍：建立对目标组织的生物通道、实现细胞特异性摄取、逃脱内体捕获，并将完整的货物释放到细胞质中。由于每个阶段都存在不同的限制因素，一个步骤的成功并不能保证后续的治疗效果。本综述对LNPs介导的递送过程进行了多尺度评估，架起了体外细胞工程与体内器官特异性靶向之间的桥梁。首先，我们分析了脂质组成、物理化学性质和货物结构如何决定其自我组装和细胞内命运。在体外应用方面（重点关注造血干细胞/祖细胞和自然杀伤细胞），我们探讨了高转染效率与保持细胞活力、表型及细胞毒性功能之间的平衡。对于体内应用，我们研究了给药途径、生理屏障和细胞可及性如何影响递送到肝脏、脾脏、胰腺、肺、肾脏和大脑的过程，同时指出大量药物在器官中的积累往往掩盖了其较差的细胞内生物利用度——尤其是只有1-4%的纳入物质能够进入细胞质。最后，我们将这些见解整合到一个“途径-屏障-细胞”框架中，该框架将生物通道、细胞摄取、内体逃逸和细胞质活性作为相互关联但各具特性的指标进行评估。克服当前转化医学中的障碍（包括物种依赖性趋向性、生物变异性、重复剂量引起的免疫原性和制造可扩展性）对于将LNPs从广义的核酸载体发展为精准靶向治疗手段至关重要。
引言
核酸治疗（包括mRNA、siRNA和基因编辑工具）为调节基因表达和细胞功能以治疗疾病提供了革命性手段（Liu等人，2024年）。尽管病毒载体（如慢病毒、腺病毒和腺相关病毒系统）推动了早期的临床突破，但由于免疫原性、插入突变和重新给药的限制，人们开始开发非病毒替代方案（Li等人，2023a；Parman等人，2025年；Shirley等人，2020年）。在这些替代方案中，脂质纳米颗粒（LNPs）因其广泛的货物携带能力、可大规模合成以及高度可调的脂质化学特性而成为领先的递送平台（Brimacombe等人，2025年；Mehta等人，2023年；Sayed等人，2022年）。pH敏感的可电离脂质和微流控混合技术的进步显著提高了封装效率、结构均匀性和体内稳定性（Brimacombe等人，2025年；Kulkarni等人，2021年；Semple等人，2022年），这最终促成了包括siRNA疗法Onpattro和全球范围内的COVID-19 mRNA疫苗在内的里程碑式临床批准。
尽管取得了这些成就，实现器官和细胞级别的精准递送仍然是一个复杂的生物学挑战。治疗效果不仅仅取决于将LNPs暴露于目标组织。给药后，LNPs必须依次穿过生理血管界面、结合目标细胞表面受体、经历内吞作用和细胞内分选、突破内体膜，并将功能性货物释放到细胞质中。任何一步的失败都会中断整个治疗过程。重要的是，高组织积累并不能替代目标细胞的摄取，细胞内化也不保证货物能释放到细胞质中——事实上，通常只有不到4%的纳入核酸能够逃脱内体捕获（Chatterjee等人，2024年；Wang等人，2025c年；Zhang等人，2024b年）。
体外和体内递送机制中的瓶颈存在显著差异。在体外细胞工程中，孤立的细胞群体可以直接暴露于递送系统中，从而避开系统循环、清除器官和细胞外基质。因此，优化重点是在保持细胞活力、干细胞特性或细胞毒性的同时最大化细胞质递送。相比之下，体内递送受到上游解剖结构和生理屏障的限制。给药途径决定了LNPs最初遇到的生物界面，而血管孔隙、细胞外基质、蛋白质冠层形成和组织结构则影响其对实质细胞或间质细胞的可及性。静脉注射后，传统的LNPs会迅速吸附循环中的载脂蛋白E（ApoE），这促进了肝细胞的优先摄取（López-Estévez等人，2024年；Song等人，2024年）。要将递送途径重定向到肝外组织，需要改变系统分布并巧妙应对组织特异性微环境（López-Estévez等人，2024年；Wang等人，2025c年）。
不应将LNPs的优化视为单一参数的筛选过程，而应将性能作为连续的多阶段流程来评估。本综述从整体角度审视了LNPs介导的基因递送，包括配方化学、生物通道、细胞进入、内体逃逸和治疗活性的全过程。我们系统地评估了脂质结构与功能的关系，体外对造血干细胞/祖细胞和自然杀伤细胞的工程改造，以及六个主要器官（肝脏、脾脏、胰腺、肺、肾脏和大脑）的体内“途径-屏障-细胞”框架，强调了器官积累与细胞特异性功能递送之间的区别。选择这些器官是因为它们代表了不同的给药途径、生理屏障和目标细胞可及性。这种选择方式有助于分析共同的设计原理和器官特异性限制，同时区分器官积累与功能性核酸递送。最后，我们讨论了关键的转化医学决定因素，包括生物可重复性、跨物种预测性、重复剂量引起的免疫原性以及化学特性、制造过程和质量控制（CMC），这些因素决定了实验性LNPs配方向临床精准药物的转化。
章节片段
脂质纳米颗粒的组成-结构-功能关系
LNPs作为基因递送系统的性能取决于脂质组成、核酸货物性质和物理化学特性之间的相互作用。这些特性的系统可调性使得LNPs成为一个模块化平台，可以根据不同治疗需求调整其生物分布、细胞相互作用和细胞内递送（Paunovska等人，2022年；Tafech等人，2024年；Xu和Xia，2023年）。这种模块化特性也使LNPs相对于病毒载体具有实际优势。
LNPs介导的体外细胞工程
LNPs介导的体外基因治疗涉及在将细胞重新施用于受体之前，在受控条件下对其进行基因修饰。与直接的体内递送相比，体外方法允许在监测细胞活力和功能的同时优化递送条件。在这种情况下，体外工程规避了许多体内遇到的上游限制，如系统分布和组织层面的问题。
系统性的核酸递送要求LNPs必须依次穿过一系列物理和生物屏障才能发挥治疗效果。这一过程包括路径依赖性的系统暴露、穿越血管或上皮界面、间质迁移、细胞特异性结合、内体逃逸以及细胞内翻译或沉默。优化单一参数（如细胞摄取）并不能直接提升功能性递送效果。因为器官之间的差异...
虽然脂质纳米颗粒技术在系统递送和传染病疫苗接种方面取得了重大进展，但将其转化为针对细胞和器官的治疗手段仍面临诸多生物学、分析和制造方面的挑战。要弥合临床前发现与临床应用之间的差距，需要解决四个相互关联的转化难题。
结论
脂质纳米颗粒已将对核酸的递送从理论概念变为临床现实。然而，要将它们的应用扩展到多种器官系统的精准医疗中，需要从试错式的脂质合成转变为多尺度、以屏障为中心的设计框架。成功的靶向递送不能仅通过器官保留或细胞内化来评估；而是一个受路径依赖性因素影响的连续生物学过程。
Yongseop Shin：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、研究。Sangmin Lee：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、研究、概念化。Nhung Tr?n Nguy?n ánh：撰写——审稿与编辑、研究。Minsub Chung：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。
资金支持
本研究得到了三星科学技术基金会（SRFC-IT2201-01）和韩国政府支持的国家研究基金会（NRF）的基础科学研究计划（由MSIT资助，项目编号RS-2026-25591607）的支持。M. Chung获得了弘益大学的研究基金资助。Y. Shin获得了2026年弘益大学创新支持计划基金的资助。
使用ChatGPT（OpenAI）来提高手稿的清晰度和可读性。使用该工具后，作者对手稿进行了审查和修订，并对其最终内容負全责。
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
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