可电离脂质的结构演化:从核酸递送到精准 RNA 药物
可电离脂质纳米颗粒已成为核酸治疗的非病毒递送平台,支撑了 FDA 批准的小干扰 RNA 药物及针对 COVID-19 和呼吸道合胞病毒的 mRNA 疫苗。其结构经组合化学、理性设计、功能元件引入及近期的机器学习和人工智能引导策略持续演化,从被动载体扩展为具备器官靶向、响应性、免疫调节和诊疗一体化能力的多功能材料。
可电离脂质纳米颗粒已成为核酸治疗的非病毒递送平台,支撑了 FDA 批准的小干扰 RNA 药物及针对 COVID-19 和呼吸道合胞病毒的 mRNA 疫苗。其结构经组合化学、理性设计、功能元件引入及近期的机器学习和人工智能引导策略持续演化,从被动载体扩展为具备器官靶向、响应性、免疫调节和诊疗一体化能力的多功能材料。
综述系统梳理天然抗氧化剂在糖尿病视网膜病变中的分类、药理机制与治疗价值,并总结纳米技术递送系统的进展。黄酮类、多酚类、类胡萝卜素和生物碱通过清除ROS、抑制炎症和病理性血管生成发挥多靶点作用;脂质-聚合物杂化纳米粒、SNEDDS、纳米酶和木质素基水凝胶可提升溶解度、角膜渗透与视网膜靶向。
研究团队设计含羧酸与胺的可电离脂质(S-lipid),其在 pH 7.4 与 4.0 间切换电荷状态,所制可切换纳米颗粒可包封核酸并触发的内体释放,且未激活 TLR4、补体、galectin-8 和血小板活化因子信号通路。在脂多糖诱导的急性肺损伤模型中,该纳米颗粒因不加重既有炎症而表现优于传统 LNP。结果目前限于机制与动物阶段。
推荐理由:该研究提出电荷切换可电离脂质设计,为降低 LNP 炎症毒性提供材料层面的思路,但证据仍限于机制与动物模型。
综述系统梳理了分子量、组成、阳离子基团化学与密度、pKa 及聚合物拓扑结构如何影响核酸复合效率、N/P 比、polyplex 稳定性、细胞摄取、内体逃逸、细胞毒性与转染效率,重点比较线性、支化、环状、星形和刷状结构在递送各环节间的权衡。
研究团队在肥胖小鼠模型中发现,负载抗炎糖皮质激素受体激动剂的4–30 nm右旋糖酐纳米载体经2–4周治疗可尺寸依赖地降低体重和体脂,且未伴随摄食量变化。体外实验中三种载体释放速率与生物活性相当;较大载体在内脏脂肪组织滞留更多,伴随线粒体增多和脂滴碎裂,提示局部产热化改变。结果目前限于小鼠动物阶段。
研究团队报告苯硼酸(PBA)功能化聚合物纳米胶囊经全身给药后可将蛋白货物高效递送至肺部,结构-活性关系研究显示PBA引入与肺趋向性增强相关。在临床前肺转移模型中,肺靶向抗原递送诱导肺内组织驻留记忆T细胞应答并抑制肿瘤生长。结果限于临床前阶段,材料未提供人体数据。
推荐理由:该研究提出苯硼酸修饰纳米胶囊实现肺部趋向蛋白递送的材料设计原则,为肺靶向递送与局部免疫调控提供临床前线索。
研究团队构建了由T细胞凋亡体与ROS响应硫缩酮连接脂质组成的仿生杂合纳米囊泡TLAB@ATS,用于递送青蒿琥酯。研究称该平台在卵巢炎症部位蓄积并响应ROS释放药物,抑制促炎因子、降低氧化应激与炎性免疫细胞浸润,改善内分泌与卵泡发育;材料未说明具体实验阶段与动物模型细节。
研究团队设计了一种共载MPLA与CpG的分层脂质纳米颗粒佐剂,通过两种可电离脂质自组装形成外壳富集MPLA、内核富集CpG的结构,在多种疫苗抗原和动物模型中增强抗体质量、细胞免疫与保护效力,表现与基准佐剂相当或更优。实验与模拟分析提示该结构对应类似接力的激活模式,可能有助于在增强免疫应答的同时减少早期炎症反应;结果限于所测试的动物模型。
推荐理由:该研究在动物模型中展示分层脂质纳米颗粒同时装载TLR4与TLR9激动剂的免疫增强与耐受性表现,为多信号佐剂设计提供纳米结构层面的参考。
研究团队在小鼠模型中用2-arm-PEG-寡阳离子瞬时包覆肝窦内皮壁,使随后经全身或局部给药的iLNP肝脏蛋白表达降低10倍以上。该策略保留了iLNP在脾脏的蓄积,在疫苗应用中维持或提升免疫效果;在瘤内IL-12 mRNA治疗中减少肝脏IL-12表达及全身暴露,同时维持抗肿瘤效果。结果限于小鼠模型。
推荐理由:该小鼠研究提出用2-arm-PEG-寡阳离子瞬时包覆肝窦内皮以降低iLNP肝外表达,为mRNA递送脱靶问题提供可评估的递送策略。
研究团队在 NZBWF1/J 小鼠模型中评估靶向纳米制剂 P2Ns-GA-CsA,14 周内给药 42 次,少于口服环孢素(Neoral)的 98 次,并观察到血清肌酐、clusterin 和促炎细胞因子受到抑制、肾脏组织结构得以保留。
综述聚焦线性 mRNA、自扩增 RNA 和环状 RNA 三类 RNA 疫苗,梳理脂质纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、病毒样颗粒等载体在提升 RNA 稳定性、增强免疫原性及精准靶向方面的应用。文章同时讨论载体生物安全性、规模化生产、成本效益及储运等关键挑战,并展望临床转化方向。
研究团队构建了溶酶体膜包覆的中空介孔普鲁士蓝纳米平台,在皮下4T1肿瘤模型中通过延长循环、降解细胞外基质和诱导铁死亡增强免疫治疗。溶酶体水解酶(cathepsin B、K、L、S)降解ECM促进纳米颗粒渗透和免疫细胞浸润,NCOA4介导的铁蛋白自噬放大铁死亡。蛋白组学显示氧化应激升高,并伴随树突状细胞成熟、CD8+ T细胞浸润和巨噬细胞极化;结果限于动物模型,未提供人体数据。
研究团队构建了以框架核酸四面体(tFNA)共递送 nisin 与槲皮素(tFNQ)的纳米平台,针对从零售猪肉分离的 MRSA 菌株,在亚最低抑菌浓度(sub-MIC)下较游离组合显著提升抗菌活性。
推荐理由:该研究在体外展示 tFNA 共递送 nisin 与槲皮素对 MRSA 的增效及转录组机制,为递送平台设计提供参考。
一篇综述总结了框架核酸四面体(tFNA)在骨与软骨再生、血管生成、免疫调节、抗微生物治疗和骨肿瘤治疗等骨科方向的应用进展。文中指出,tFNA 可通过间接激活 Wnt/β-catenin 和 PI3K/AKT 通路促进多种间充质干细胞的成骨与成软骨分化,与抗生素、抗菌肽、水凝胶及植入物表面结合后,在对抗骨科感染和生物膜方面显示出潜力。
研究团队设计了一种以 DNA 折纸技术构建的四面体 DNA(TDN)纳米粒为核、装载 thonzonium bromide(THO)与 P-gp siRNA、外层包覆程序化设计杂合膜(AREP)的核壳仿生纳米粒 THO/AMT-si NP,用于三阴性乳腺癌免疫治疗。
推荐理由:该研究以 DNA 折纸四面体为核心构建仿生纳米粒,为三阴性乳腺癌免疫联合递送提供临床前设计思路。
研究团队构建了由 EGFR 靶向 GE11 基序与 599 融合结构域组成的串联肽 GE11-599,与 siRNA 静电复合形成纳米粒,并在 U118MG 和 U87MG 两种胶质母细胞瘤细胞系中评估其递送效果。
研究团队开发单颗粒荧光显微成像方法,在每种条件下成像约 50 万个脂质纳米粒,发现 siRNA 存在高阶与低阶两种堆积模式,并获冷冻电镜佐证。细胞成像显示低阶颗粒虽包封 RNA 更少,但报告基因沉默效率更高;在内体膜模拟物上,低阶配方在酸性条件下融合更高效、每次融合释放的货物更多。研究据此调整脂质组成与 N/P 比以降低 siRNA 堆积紧密度,并验证沉默效力提升,结果限于细胞与仿膜体系。
推荐理由:该研究把 LNP 内 siRNA 堆积有序度与递送效率关联,为脂质纳米粒配方和 N/P 比设计提供可量化的调控维度。
研究团队将天然黄酮橙皮苷载入框架核酸四面体(tFNA),再以软骨细胞膜包覆,构建仿生纳米平台 CM@THC,用于骨关节炎的关节腔递送。在 IL-1β 刺激的软骨细胞中,CM@THC 恢复了氧化还原稳态与 PINK1/Parkin 相关线粒体自噬,减轻细胞衰老和细胞外基质失衡,并限制成纤维样滑膜细胞的促纤维化激活。材料称该设计改善了纳米复合物的稳定性、细胞摄取和关节腔内滞留,目前证据限于细胞层面。
推荐理由:该研究在细胞层面展示 tFNA 载药与软骨细胞膜仿生修饰的组合设计,为骨关节炎关节腔递送提供可参考的材料改造思路。
研究团队在未经同行评议的预印本中报告,LNP 包裹 CpG(LNP-CpG)与 VZV-gE 抗原简单混合后两剂肌注,在小鼠中体液与细胞免疫应答优于 1/10 人用剂量的 Shingrix,在恒河猴中诱导与全人用剂量 Shingrix 相当的免疫特征。研究还报告该佐剂在 RSV、HSV 亚单位、减毒和灭活疫苗及 VZV+RSV 联合配方中显示适用性,结果限于动物阶段。
推荐理由:该预印本在 mice 与 rhesus macaques 中比较 LNP-CpG 与 Shingrix 的免疫应答,可用于判断佐剂平台的转化证据边界。
研究团队在 HeLa 细胞中评估细胞穿透肽 PF14 与脂质纳米颗粒(LNP)两类核酸递送系统,用荧光素酶报告系统检测递送与摄取表现。PF14 递送剪接转换寡核苷酸 ON-705 的剪接校正活性随剂量和摩尔比升高,在 1:10 比例达到平台;Opti-MEM 优于标准培养基和糖基缓冲液,PVA18、PVA40、PVP40 提升活性而低分子量 PVP 降低活性。
推荐理由:该研究在 HeLa 细胞中比较 PF14 肽与 LNP 的核酸递送条件,为制剂参数优化提供细胞阶段参考。
研究团队在未经同行评议的预印本中报告,可电离脂质(IL)与 ATP 结合脂质掺入内体模拟膜后,自发曲率向更负方向移动、膜表观面积压缩模量下降。用巨单层囊泡(GUV)在接近内体的 pH 下进行微吸管抽吸和 SAXS 测量,还观察到膜波动幅度增强、弯曲刚度降低和膜张力异质性增加。
研究团队以葡萄柚细胞外囊泡提取脂质构建脂质纳米颗粒,并用PIGF-2来源ECM结合肽修饰,负载靶向MMP13的siRNA(粒径196 nm,zeta电位-9.96±0.49 mV),在软骨细胞和大鼠骨关节炎模型中评估疗效与安全性。细胞实验显示该修饰增强了软骨细胞靶向摄取和MMP13基因沉默,大鼠模型中该系统减轻软骨ECM降解并缓解OA进展,毒性较低。结果目前限于细胞与大鼠模型,材料未提供人体数据。
推荐理由:该研究在细胞与大鼠模型中验证葡萄柚来源LNP经PIGF2肽修饰后靶向软骨细胞递送MMP13 siRNA,为关节内核酸递送提供材料设计参考。
研究团队开发壳聚糖-聚乙二醇(CP)聚合物纳米粒平台,将紫杉醇经共价偶联后与靶向 KRAS G12D 的 siRNA 静电复合,在 KRAS G12D 突变胰腺癌细胞中观察到共载纳米粒的细胞毒性高于单药和游离药物组合,组合指数小于 1。结果限于体外细胞阶段,作者指出未在 PANC-1 细胞中评估 KRAS 敲低及非靶向 siRNA 对照,因此增强的细胞毒性不能特归因于 KRAS 沉默。
研究团队构建了以 DNA 四面体(TDNs)为纳米支架的 TDNs-HC/Cas13a DNA 电路,在活细胞内实现对 miRNA-155 和 miRNA-21 的检测与成像,检出限分别为 32 pM 和 5 pM。
脂质纳米颗粒(LNP)虽是核酸治疗的主要递送平台,但领域进展几乎完全以理化与计算替代指标衡量,而非决定疗效的功能属性。该综述梳理微流控制造、冻干、微针透皮递送、机器学习配方设计、内体逃逸生物学与蛋白冠介导的器官靶向六个相互关联方向,指出它们共同存在测量终点与生物结局之间的缺口。
研究团队以框架核酸四面体(tFNA)为模块、经miR-129-5p“桥”连接构建蜂巢状核酸框架TR,并负载CeO₂纳米酶后包封于刺激响应性双网络水凝胶形成HTRC平台。机制上,CeO₂纳米酶用于恢复氧化还原稳态,miR-129-5p通过抑制MAPK和NF-κB通路促使细胞转向合成代谢表型。原文称该平台重建促再生微环境并缓解椎间盘源性疼痛,材料未提供人体临床数据。
推荐理由:该研究以tFNA为模块构建蜂巢状核酸框架并负载CeO₂纳米酶,为椎间盘退变的递送与微环境调控提供临床前设计思路。
研究团队在人气道上皮细胞(BEC)和气道平滑肌细胞(ASM)中评估PONI-Guan聚合物纳米颗粒递送siRNA的摄取机制与安全性,结果限于细胞阶段。
一篇Perspective文章以结构-组装-生物界面框架重新审视阳离子聚合物-脂质纳米颗粒,而非将其视为可电离脂质LNP的历史前身。文章讨论聚合物结构、电荷分布、可降解性、拓扑结构及聚合物-脂质界面组织如何决定RNA包装、纳米颗粒形成、细胞内释放与组织选择性相互作用。
综述指出,聚合物核酸载体的内体逃逸与货物释放由同一套静电和pH依赖相互作用耦合,构成根本性权衡:利于膜失稳的阳离子电荷同时增强对核酸的结合、抑制释放。pH响应、电荷转换及二硫键、硫缩酮、二硒键、酯酶响应等策略各有空间与时间匹配限制,常见过早释放、触发冗余和动力学错配。现有检测方法无法同时测量内体破坏与货物释放状态,蛋白冠、细胞类型依赖的内体酸化及PEG屏蔽等转化变量会改变体内平衡。
研究团队把 FDA 已批准的糖皮质激素整合进脂质纳米颗粒,构建出抗炎性能可调的类固醇 LNP,并系统筛选类固醇与胆固醇的替代比例。曲安奈德(TRI)成为先导类固醇:在 SM-102 LNP 中替代 50% 胆固醇可保持理化性质,最佳替代比例随可电离脂质变化(MC3 为 80%,SM-102 与 ALC-0315 为 50%)。
推荐理由:该研究在动物模型中显示类固醇脂质纳米颗粒可降低炎症因子并保持 mRNA 递送,为免疫静默型 LNP 设计提供可调参数。
研究团队构建了由PEG-b-聚赖氨酸-b-聚天冬氨酸组成的三嵌段聚两性电解质囊泡(TBPVs),可包载游离mRNA和预压缩mRNA多聚复合物并保持囊泡完整性。包载预压缩mRNA多聚复合物的TBPVs在体外和体内均显示蛋白表达,二硫键交联的SS-TBPVs经全身给药后可在体内检测到肝脏转基因表达。结果目前限于体外与动物阶段,材料未提供人体数据。
推荐理由:该研究展示三嵌段聚两性电解质囊泡在体内递送mRNA多聚复合物的设计思路,可供判断PIC囊泡的载货耐受与还原响应转化空间。
研究团队开发磷脂模拟阳离子无规共聚物,与阴离子寡聚DNA在净电荷中性混合比下形成聚离子复合物,在体外实现寡核苷酸胞内递送。该复合物在HepG2细胞中递送反义寡核苷酸使Bcl-2 mRNA表达较未处理细胞降低57%,并显示LysoTracker共定位减少、ATP耗竭及内吞抑制条件下摄取部分保留、细胞毒性极小且质膜损伤可忽略。结果限于体外细胞阶段。
推荐理由:该体外研究提示电荷中性下的磷脂模拟两亲性聚离子复合物可绕开经典内吞途径递送寡核苷酸,为递送设计提供新思路。
研究团队用冷冻电镜在天然状态下观察可电离脂质纳米颗粒(LNP)与蛋白的相互作用,未发现类似硬质纳米颗粒的外周蛋白壳层。受控孵育、竞争性“双颗粒”实验与分子动力学模拟提示,LNP 膜发生局部增厚和电子致密重塑,符合脂蛋白整合而非表面吸附;细胞外囊泡中亦见类似特征,蛋白组学分析显示载脂蛋白为主要关联蛋白。结果基于体外观察与模拟,材料未提供体内或临床数据。
推荐理由:该研究用冷冻电镜提出 LNP 蛋白冠源于脂蛋白融合而非表面吸附,为核酸递送载体的靶向设计提供结构层面的机制线索。
研究团队合成 5 种可电离胆固醇衍生物(i-Chol)并制成 LNP,其中负载 KIF11 siRNA 的 Phe-Chol LNP 在 PC3 前列腺癌细胞中实现最强的体外基因敲低。该制剂在异种移植模型中呈剂量依赖性抑瘤活性,原文称未观察到全身毒性;结果限于细胞与动物阶段,未提供人体数据。
推荐理由:该研究将胆固醇与可电离脂质整合为单一分子,为简化 LNP 配方并探索肝外实体瘤 siRNA 递送提供动物阶段数据。
研究团队开发了整合高通量组成筛选与β细胞特异性配体偶联的双靶向脂质纳米颗粒(LNP)策略,用于向胰腺β细胞递送RNA。组成优化后的LNP在体外使β细胞转染效率提高逾148倍,在小鼠体内胰腺选择性较Moderna LNP配方提高逾8倍;偶联ZnT8特异性单抗mAb43后,小鼠模型胰腺转基因表达再增逾2倍,β细胞转染率超过70%。
推荐理由:该研究把高通量组成筛选与β细胞靶向配体偶联结合,为肝外递送和细胞选择性提供可参考的工程路径。
研究团队构建了6HB、3PS和四面体(TDN)三种DNA纳米组装体及其胆固醇、PEG20k修饰版本,在血清稳定性、细胞摄取、炎症反应和体内表现上做多维定量比较。
推荐理由:该研究量化了核酸纳米组装体结构与表面化学对血清稳定性、细胞摄取和炎症反应的影响,为递送系统设计提供可比较参数。
一篇综述梳理了无机、聚合物和脂质基等纳米载体类别及其已获批上市的代表性产品,指出当前制药市场的纳米技术开发趋势主要集中于癌症、感染性疾病、中枢神经系统疾病和心血管疾病。脂质纳米颗粒平台在研管线中的地位正日益突出,而可制造性、放大生产、长期稳定性、监管不确定性、知识产权问题及缺乏代表性临床前研究模型仍限制临床转化。综述认为不存在适用于所有生物医学应用的通用纳米载体。
研究团队将普鲁兰多糖经酸水解从约405 kDa降至约45 kDa,接枝bAPAE与全反式维甲酸制得两性共聚物,用于肺部siRNA递送。振动网式雾化后siRNA与聚合物回收率均>90%,空气动力学质量中位径约2 μm、细颗粒分数>80%。
推荐理由:该研究在细胞与制剂层面展示改性普鲁兰多糖多聚复合物的雾化稳定性与沉默活性,可供评估肺部 siRNA 递送的材料设计路径。
一篇综述评估了脂质、聚合物、无机及杂化纳米颗粒平台在咽部高危HPV(尤其HPV16)感染预防、检测与治疗中的转化可行性,比较维度包括粒径分布、表面电荷、胶体稳定性、可降解性、载荷兼容性与释放行为。
研究团队将油酸掺入脂质纳米粒用于阿昔替尼滴眼递送,含2%油酸的纳米粒使阿昔替尼溶解度提高2125倍。离体眼组织渗透研究显示油酸浓度依赖地增强角膜渗透与巩膜滞留,大鼠泪液药代动力学显示眼部滞留未受影响。在激光诱导脉络膜新生血管动物模型中,该纳米粒在眼后段组织生物利用度更高、抗血管生成作用更强,并表现出良好眼部生物相容性。
推荐理由:该研究在动物与离体层面展示油酸修饰脂质纳米粒经滴眼向眼后段递送阿昔替尼,为眼科非侵入给药提供递送设计参考。