传递遗传信息到体内目标细胞内部一直是基因治疗面临的主要挑战。近年来，基于脂质的系统，特别是脂质纳米颗粒（LNPs），在实现核酸疫苗和治疗剂的递送方面取得了显著进展。LNP技术从早期的脂质体研究到现代RNA疫苗和疗法的60年的发展历程，其最成功的应用莫过于作为mRNA疫苗的核心递送系统，在抗击COVID-19疫情中发挥了决定性作用，见证了科学从实验室快速走向全球应用。然而，LNP的应用远不止于此。从遗传病、癌症到传染病疫苗，LNP技术正在重新定义现代医学的治疗疆界。

脂质体的形成和结构

脂质体是在水中分散的脂质形成的多层囊泡，通常由一个或多个脂质双层组成，这些双层围绕一个或多个水性腔室。由于脂质体可以通过内吞作用进入细胞，随后在内体或溶酶体中与膜融合，释放其包裹的内容物。因此脂质体可以作为药物和基因治疗剂的载体。这种多层结构的设计使得LNP能够巧妙地平衡保护性、稳定性、细胞摄取和内体逃逸等多重功能。

• 核心：由可电离阳离子脂质（CILs）、胆固醇和核酸构成。在酸性环境下，CILs发生质子化带正电，高效压缩带负电的核酸（如mRNA），并形成非规则的无序结构或反向六角相，这对后续的内体逃逸至关重要。
• 内壳：主要由磷脂（如DSPC）和胆固醇组成，起到稳定核心结构的作用。
• 外壳：由PEG化脂质构成，其亲水性的PEG链向外伸展，形成水合层，赋予LNP胶体稳定性，减少在血液中被清除的几率，并延长其半衰期。

LNP结构[1]

LNP-mRNA递送系统的作用机制

1. 系统封装与体外保护

LNP的核心功能之一是保护其mRNA载荷。LNP的脂质外壳将mRNA包裹在其核心，有效屏蔽核酸酶，防止其在体内循环中被降解。

2. 细胞摄取

LNP主要通过内吞作用进入细胞。其表面特性（如尺寸、电荷、PEG涂层以及吸附的血清蛋白冠）决定了它与特定细胞类型的相互作用。常见的摄取途径包括网格蛋白介导的内吞作用或小窝蛋白介导的内吞作用等，使LNP被包裹在细胞内形成的囊泡中。

3. 内涵体包裹与酸化

细胞摄取后，LNP被包裹在称为内涵体的细胞内囊泡中。内涵体经历一个成熟过程，其内部pH值从最初的中性逐渐降低至酸性（pH ~5.5-6.0）。这一酸性环境是触发LNP后续关键步骤的信号。

4. 内涵体逃逸

这是整个递送过程最关键且效率决定性的步骤。内涵体内pH降低变酸，促使LNP中的可电离脂质子化并带正电。这些脂质与内涵体膜相互作用，破坏其完整性，使mRNA得以释放到细胞质中。

5. 功能性蛋白表达

释放出的mRNA被核糖体识别并翻译，合成所需的功能性蛋白质。翻译产生的蛋白质可在细胞内部行使功能或通过分泌途径被释放到细胞外，发挥相应的生物学效应（如表达分泌性抗体、细胞因子等）。

6. 生物降解与清除

在完成mRNA递送任务后，LNP的脂质成分（如磷脂、胆固醇等）可被细胞内的酶系统（如脂酶）逐步降解为生物相容性分子，参与细胞的正常代谢过程或被排出体外，从而避免了长期蓄积带来的潜在风险。

LNP-mRNA递送系统的作用机制[2]

广泛的应用领域

脂质纳米粒（LNP）技术作为一种先进的药物递送系统，已经在多个领域显示出其广泛的应用潜力。

• 预防性疫苗：COVID-19 mRNA疫苗的成功已验证了LNP平台在传染病预防方面的巨大潜力，未来将应用于流感、RSV等多种疫苗研发。
• 蛋白质替代疗法：通过递送mRNA，在体内瞬时表达治疗性蛋白，用于治疗遗传性疾病。
• 基因编辑：作为CRISPR-Cas9等基因编辑工具的递送载体，用于精准修正致病基因。
• 癌症免疫疗法：递送编码肿瘤抗原的mRNA，激发患者自身的免疫系统攻击癌细胞。
• 罕见病治疗：用于治疗遗传性转甲状腺蛋白淀粉样变性。

LNP技术已经从一项前沿基础研究迅速发展为驱动现代生物医药创新的核心平台。对其结构的深刻理解与精准设计，是解锁其全部潜力的关键。随着对机制研究的不断深入、新材料的开发以及制备工艺的优化，LNP有望递送更多种类的核酸药物，治疗更多既往无法触及的疾病，最终引领我们进入一个全新的精准医学时代。

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[1] Marité Cárdenas, Richard A,et al. Review of structural design guiding the development of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery,Current Opinion in Colloid & Interface Science,Volume 66,2023,101705,ISSN 1359-0294,

[2] Cullis PR, Felgner PL. The 60-year evolution of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery. Nat Rev Drug Discov. 2024 Sep;23(9):709-722. doi: 10.1038/s41573-024-00977-6. Epub 2024 Jul 4. PMID: 38965378.