mRNA、siRNA等核酸分子易受核酸酶降解、难以跨越细胞膜，并可能在内吞后滞留于内体。脂质纳米颗粒（lipid nanoparticle，LNP）通过核酸包封、颗粒化运输和内体逃逸建立胞质递送通路，其中可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇和PEG脂质分别承担不同功能，并共同决定递送效率、稳定性和组织分布。

        关键词：脂质纳米颗粒；LNP；mRNA递送；siRNA递送；可电离脂质；内体逃逸；PEG脂质

1 LNP解决的核酸递送问题

1.1 核酸药物的主要递送屏障

（1）胞外降解与清除

        裸露DNA和RNA具有较高亲水性和负电荷，容易受到体液中核酸酶降解，也可能与血浆蛋白及先天免疫识别系统发生相互作用。LNP通过脂质-核酸组装减少核酸与胞外环境的直接接触，使原本易降解的核酸转化为能够在生物环境中运输的纳米颗粒载荷。

（2）细胞膜阻隔

        核酸分子难以直接跨越疏水性细胞膜。LNP可通过颗粒表面性质、进入体液后形成的蛋白冠以及不同细胞内吞途径促进颗粒摄取，使mRNA、siRNA等大分子获得进入细胞的通道，但这一过程只能解决“进入细胞”的问题，不能代表核酸已经到达胞质。

（3）内体滞留

        LNP经内吞进入早期内体后，会随内体成熟进入更酸性的胞内区室。如果载荷不能及时逃逸，颗粒可能继续进入晚期内体和溶酶体，核酸最终发生降解。对主要在胞质发挥作用的mRNA和siRNA而言，内体逃逸是决定功能性递送效率的重要限制步骤。

1.2 脂质体与核酸LNP的技术边界

（1）经典脂质体

        经典脂质体通常由一个或多个脂质双层围成水相空间，亲水性分子可包封于内部水相，疏水性分子可进入脂质双层疏水区。其主要设计重点包括药物包封、膜稳定性、循环时间和组织暴露，适用于多种小分子、蛋白质及部分核酸载荷。

（2）核酸LNP

        现代核酸LNP通常由可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇和PEG脂质共同组装，内部不一定形成典型的中空双层囊泡，而可形成复杂的脂质-核酸复合结构。其设计重点进一步转向核酸结合、颗粒自组装、体内运输、内体逃逸和胞质释放，因此不能简单将核酸LNP等同于经典脂质体。

表1 脂质体与核酸LNP的主要差异

2 LNP四类核心脂质的功能分工

2.1 可电离脂质：核酸包封与内体逃逸

（1）pH依赖性电荷转换

        DOTAP、DOTMA等永久阳离子脂质在生理条件下持续带正电，能够与带负电的核酸形成复合物，但持续正电荷也会增强与血浆蛋白和细胞膜的非特异性相互作用。可电离脂质利用可质子化胺基实现动态电荷调节，在接近生理pH时整体电荷趋近中性，在酸性环境中重新获得正电荷，从而兼顾核酸结合、生物相容性与胞内膜作用。

（2）酸性条件下的核酸包封

        LNP通常在偏酸性条件下完成快速组装，此时可电离脂质被质子化，与核酸磷酸骨架形成静电相互作用并促进mRNA或siRNA进入颗粒内部。颗粒形成并转入接近生理pH的环境后，可电离脂质的净正电荷降低，可减少循环阶段持续阳离子表面带来的非特异性作用。

（3）内体环境中的膜扰动

        LNP进入酸化内体后，可电离脂质再次质子化，并与内体膜中的阴离子磷脂发生更强相互作用。形成的脂质离子对可改变局部膜脂几何排列和膜曲率，使稳定双层结构趋于不稳定，为核酸进入胞质提供条件。可电离脂质由此同时参与“装载核酸”和“释放核酸”两个关键阶段。

2.2 辅助磷脂：颗粒骨架与膜相行为

（1）稳定型辅助磷脂

        DSPC等饱和磷脂具有较高膜有序性，可参与LNP脂质结构形成并提高颗粒稳定性。脂肪链长度、饱和程度及相变特性会影响疏水区紧密程度，进而改变颗粒刚性、膜流动性和储存稳定性。

（2）融合型辅助磷脂

        DOPE等磷脂酰乙醇胺类脂质具有较明显的非双层相倾向，更容易形成高曲率结构，可影响脂质颗粒与内体膜之间的融合和膜重排。辅助磷脂的选择需要在颗粒稳定性和膜动态性之间建立平衡。

2.3 胆固醇：脂质填充与膜流动性

        胆固醇可插入其他脂质的疏水链区域，填充分子之间的空间并调节膜流动性、脂质堆积和颗粒致密程度。适宜的胆固醇含量有利于维持LNP结构完整性并降低载荷泄漏；改变甾醇骨架或引入不同官能团，还可进一步调节膜电荷、曲率、内部结构和体内分布。

2.4 PEG脂质：粒径控制与表面界面

（1）控制颗粒生长

        PEG脂质由疏水锚定结构和亲水PEG链组成，脂质端嵌入颗粒，PEG链伸向水相形成空间位阻，从而限制颗粒继续融合和生长。PEG脂质比例过低容易增加聚集和粒径分布宽度，而比例过高则可能形成较强表面屏障，降低颗粒与细胞膜之间的有效相互作用。

（2）调节胶体与循环稳定性

        PEG层可降低颗粒之间的直接接触和部分蛋白质非特异性吸附，从而改善分散稳定性和循环行为。PEG链长度、脂质锚定结构及其在颗粒表面的保留时间会共同影响这一作用，不同PEG脂质不能简单视为等效材料。

（3）构建功能化表面

        DSPE-PEG-MAL、DSPE-PEG-NH2等材料在PEG末端保留可进一步反应的官能团，可用于连接多肽、蛋白质或其他靶向配体。此类材料使PEG层由单纯的空间稳定界面扩展为表面功能化和主动靶向平台。

表2 LNP四类核心脂质的功能分工

3 LNP从制备到胞质释放的完整递送链

3.1 酸性快速混合与颗粒组装

（1）颗粒成核

        核酸通常置于酸性水相，可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇和PEG脂质则溶于适宜有机相。两相快速混合后，质子化可电离脂质首先与核酸结合，疏水脂质同步发生聚集和自组装，形成脂质-核酸纳米结构。

（2）颗粒生长

        混合速度、两相流量比、总脂质浓度、核酸浓度及PEG脂质比例共同控制颗粒成核和后续生长。工艺条件变化会直接反映为粒径、PDI、包封率和内部结构差异，因此相同脂质配方并不必然形成相同递送性能。

3.2 体内运输与细胞摄取

（1）蛋白冠形成

        LNP进入体液后会迅速吸附血浆蛋白、脂蛋白及其他生物分子，形成动态蛋白冠。实际参与组织分布和细胞识别的界面由原始脂质表面与吸附生物分子共同组成，因此脂质组成不仅改变颗粒本身，也会间接改变其生物界面。

（2）细胞内吞

        颗粒到达组织后可通过不同内吞途径进入细胞，摄取效率受粒径、表面性质、脂质组成、蛋白冠和细胞类型共同影响。单纯提高细胞内颗粒量只能说明内吞增加，不能直接说明mRNA表达或siRNA沉默效率同步提高。

3.3 内体逃逸：功能性递送的关键步骤

（1）内体酸化

        随着内体成熟，腔内pH逐渐降低，可电离脂质重新发生质子化并增强与阴离子内体膜脂之间的相互作用。该阶段是可电离脂质由相对中性循环状态重新转变为膜活性状态的关键节点。

（2）脂质离子对与膜重排

        质子化可电离脂质与阴离子磷脂形成离子对后，可改变局部脂质分子的有效几何形状和膜曲率，使原有稳定双层产生高曲率或非双层排列。局部膜完整性下降后，颗粒载荷获得跨越内体膜进入胞质的机会。

（3）核酸进入胞质

        mRNA成功进入胞质后可被核糖体翻译，siRNA则进入RNA干扰相关分子机器。真正决定LNP功能性递送的不是颗粒是否被细胞摄取，而是完整核酸中有多少能够越过内体膜并保持生物活性。

3.4 细胞摄取与有效递送的层级判读

        颗粒摄取、内体逃逸、胞质有效载荷和最终功能输出属于不同递送层级。细胞内LNP信号增加只能证明颗粒摄取量提高，不能据此推断内体逃逸效率、胞质完整核酸量或最终mRNA表达和siRNA沉默效应。LNP评价应针对不同递送层级设置相应指标，避免以单一颗粒摄取读数替代功能性递送结果。

4 决定LNP递送效率的关键参数

4.1 可电离脂质结构与pKa

（1）头基电离行为

        可电离胺基的化学环境决定脂质的表观pKa。pKa过高可能使脂质在循环环境中保留较多正电荷，增加非特异性相互作用；pKa过低则可能导致内体环境中的质子化不足。适宜的电离窗口需要兼顾酸性组装、生理条件稳定和内体膜活化三个阶段。

（2）疏水尾链

        尾链长度、不饱和程度、数量和支化方式决定脂质疏水堆积和分子几何形状。不饱和键或支链可改变膜流动性和曲率倾向，并进一步影响颗粒结构和内体膜扰动能力，但膜活性提高并不意味着颗粒稳定性一定同步提高。

（3）连接结构

        头基与疏水尾之间的连接基团影响脂质柔性、稳定性和代谢过程。引入可水解或可代谢结构有利于递送完成后的材料清除，但降解过快又可能影响制剂储存和体内运输，需要在稳定性与可代谢性之间平衡。

4.2 辅助脂质与胆固醇

（1）辅助脂质相行为

        DSPC、DOPE、DOPC等不同辅助脂质具有明显不同的链饱和度、头基结构和相变行为。高有序辅助脂质有利于稳定颗粒，而具有较强非双层相倾向的脂质可提高膜重排能力，配方需要根据核酸类型和内体释放需求选择。

（2）胆固醇比例与结构

        胆固醇能够提高脂质堆积完整性并调节膜流动性，但比例变化会同步改变颗粒刚性、载荷泄漏和膜融合行为。胆固醇衍生物还可通过不同极性基团和分子几何结构进一步改变LNP内部组织和生物分布。

4.3 PEG比例的双向影响

        PEG脂质增加通常能够限制颗粒生长和聚集，使平均粒径下降并改善PDI，同时增强胶体稳定性；当表面PEG密度过高时，空间屏障又可能限制LNP与细胞膜和内体膜接触，导致颗粒稳定性提高但有效递送下降。PEG含量的优化本质上是在制剂稳定性与生物膜相互作用之间建立平衡。

4.4 粒径、PDI与包封率

        粒径和PDI反映颗粒尺寸及其均一性，并影响组织分布、细胞摄取和制剂重复性；高包封率则有利于降低游离核酸暴露。高包封率并不能替代功能性评价，LNP性能还需要结合核酸完整性、颗粒稳定性、细胞摄取、内体逃逸以及最终表达或沉默结果综合判断。

5 LNP在药物递送中的代表性应用

5.1 siRNA递送

        siRNA容易受到核酸酶降解，并因带负电荷而难以直接跨越细胞膜。LNP可同时提高siRNA胞外稳定性和胞内递送能力，使其进入胞质后参与RNA干扰；Patisiran的临床应用验证了可电离脂质LNP在系统性siRNA递送中的可行性，也建立了现代核酸LNP的重要技术基础。

5.2 mRNA疫苗与mRNA治疗

        mRNA无需进入细胞核，但必须保持完整并进入胞质才能被核糖体翻译。mRNA-LNP需要连续完成载荷保护、颗粒化运输、组织分布、细胞摄取和内体逃逸，COVID-19 mRNA疫苗的大规模应用进一步验证了可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇和PEG脂质四组分体系在mRNA递送中的技术成熟度。

5.3 小分子脂质递送

        PEG化脂质体阿霉素属于经典脂质体药物而非典型核酸LNP，其主要作用是通过脂质体包封改变阿霉素的药代动力学和组织暴露。该应用体现了脂质纳米载体在小分子递送中的技术基础，也说明经典脂质体与现代核酸LNP在载荷性质、内部结构和胞内释放目标方面存在明显差异。

6 LNP制备、膜调控与示踪相关产品

6.1 可电离、阳离子及PEG功能脂质

6.2 辅助磷脂、胆固醇及膜性质调节材料

6.3 LNP示踪、膜定位与释放评价产品

        LNP递送效率的核心不在于颗粒是否进入细胞，而在于完整核酸能否经历稳定运输、细胞内吞和内体逃逸后真正到达胞质。可电离脂质决定核酸包封与膜扰 动能力，辅助磷脂、胆固醇和PEG脂质共同调节颗粒结构、稳定性和生物界面。

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