Nature子刊：韩雪祥等总结用于RNA递送的可电离脂质工具箱

原创 生物世界 生物世界 收录于话题#递送载体 18 个 #mRNA技术 54 个

撰文 | 晶晶

编辑 | 王多鱼

排版 | 水成文

近年来，对RNA疗法的研究取得了重大进展。然而，RNA本身对核酸酶敏感，且存在大尺寸和负电荷等特点，导致RNA难以直接穿过细胞膜进入细胞内。脂质纳米颗粒（LNP）的出现解决了RNA递送的难题。LNP通常由四种成分组成——可电离脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇化脂质，其中可电离脂质在保护RNA和促进胞质转运方面发挥着重要作用。

可电离脂质在酸性pH值下带正电荷，可将RNA聚集到LNP中，在生理pH值下呈中性将毒性降至最低。细胞摄取后，LNP在酸性内体中质子化，并与阴离子内体磷脂相互作用形成与双层不相容的锥形离子对，这些阳离子-阴离子脂质有助于膜融合-破坏、内体逃逸和货物释放。

近日，宾夕法尼亚大学 Michael J. Mitchell 团队（第一作者为韩雪祥）在 Nature Communications 期刊发表了题为：An ionizable lipid toolbox for RNA delivery 的评论文章。

在这篇评论中，作者系统性讨论了用于RNA递送的五种可电离脂质的类型，并对未来发展的挑战和前景进行了展望。

[图片上传失败...(image-be812e-1648694750911)]

根据结构特性，用于RNA递送的可电离脂质可分为不饱和（含不饱和键），多尾（含两条以上尾），聚合物（含聚合物或树状大分子），可生物降解（含可生物降解键）和支化型（含分支尾）脂质。

[图片上传失败...(image-616d05-1648694750911)]

1、不饱和可电离脂质

尾部饱和度极大的影响可电离脂质的流动性和递送效率。将尾部不饱和度从0增加到2顺式双键与双层脂质形成非双层相的增加趋势相关，从而导致膜破裂和有效载荷释放增强。如可电离脂质Dlin-MC3-DMA（MC3）优化过程中，选择亚油基尾作为结构基础。此外，不饱和可电离脂质也已被证明可增强mRNA递送，但合理的设计和筛选是必要的。

2、多尾可电离脂质

多尾可电离脂质尾部区域的横截面增加，可产生更锥形结构，具有更强的内体破坏能力。多尾可电离脂质更容易通过组合化学合成并进行高通量筛选，不仅被用于siRNA递送，结构优化后还被用于mRNA递送。与标准配方相比，结构优化后C12-200提高了高达7倍的mRNA表达。

3、可电离的聚合物脂质

通过烷基尾部取代阳离子聚合物的游离胺生成可电离的聚合物脂质。然而，即使在纯化后，可电离的聚合物-脂质通常包含不同取代化合物的混合物，增加了成分复杂性。此外，有毒的阳离子核心和不可降解骨架阻碍了其临床转化。

4、可生物降解的可电离脂质

为了减少可电离的聚合物脂质毒性，引入生物可降解性化学键实现降解功能。常见的策略是引入在生理pH值下稳定但在组织和细胞内被酶水解的酯键。值得注意的是，酯基的位置和空间效应极大的影响可离子化脂质的降解功能。为了进一步提高生物降解性和加速RNA释放，对还原型细胞内环境敏感的二硫键被引入，但仍需注意二硫键可电离脂质中递送物质的过早释放的风险。

5、支化型可电离脂质

随着尾长度和饱和度的增加，尾部分支极大的影响可电离脂质的性能。含有丙烯酸异癸酯的可电离脂质与具有线性尾部的异构体相比，显著提高了肝脏mRNA的表达（>10倍）。

为了充分发挥RNA疗法的潜力，仍需要解决几个挑战：

1）可电离脂质极易引起急性免疫反应，因此需要对化学接头和抗炎特性继续优化；

2）合理设计可电离脂质，简化合成步骤，并加速可电离脂质筛选过程；

3）合理设计具有靶向能力的可电离脂质改善非肝脏递送。

综上所述，除了安全性和效力外，设计开发具有靶向和免疫调节等附加功能的可电离脂质，对于实现RNA疗法和疫苗的转化应用具有重要意义。

论文连接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27493-0