在现代分子生物学研究和基因治疗领域，转染试剂扮演着不可或缺的角色。它能够将外源核酸（如DNA、RNA）高效导入真核细胞，实现基因的表达、沉默或编辑，为探索基因功能、疾病机制以及开发新型治疗方法提供有力技术支撑。随着生物技术的快速发展，转染试剂的种类不断丰富，性能持续优化，能够满足不同研究场景和应用需求。

一、转染与载体体系概述

1.1转染的基本概念

转染是指在体外培养条件下，将外源核酸导入真核细胞并在细胞内表达或发挥功能的过程。常见的核酸形式包括表达或载体质粒、报告基因质粒、siRNA/shRNA、miRNA、mRNA，以及CRISPR/Cas系统使用的质粒、mRNA或蛋白–RNA复合物等。与通过病毒载体介导的“转导”相比，化学转染不依赖病毒颗粒，更加简便、灵活、周期短，适合常规体外实验和高通量筛选。

1.2转染试剂的核心作用

转染试剂的核心作用是改变核酸在细胞外环境中的物理化学性质，使带强负电的核酸通过与带正电或电中性的载体结合形成纳米复合物，从而更容易接近细胞膜并被细胞摄取。一部分转染试剂还能在内涵体酸化过程中吸收质子或扰动膜结构，帮助复合物从内涵体逃逸，使核酸进入细胞质或细胞核发挥功能。同时，转染试剂在一定程度上可保护核酸免受核酸酶降解，但其阳离子和表面活性特性又会对细胞产生一定刺激和毒性，因此需要在转染效率和细胞安全之间寻找平衡。

1.3病毒载体与非病毒载体的总体差异

从作用机制和载体性质来看，转染（或更广义的基因递送）体系大致可分为病毒载体类和非病毒载体类两大类。病毒载体利用病毒天然的感染能力，将外源基因装入病毒颗粒，通过与宿主细胞受体结合实现高效侵染；非病毒载体则依靠脂质、聚合物、纳米颗粒等人工设计的材料与核酸形成复合物，通过内吞等方式进入细胞。病毒载体的优势在于效率高、适用细胞范围广，而非病毒载体则以安全性高、制备简单、成本较低和载体容量大见长，两类体系在研究和临床应用中各具特色、互为补充。

二、转染方式的分类

2.1化学法转染

（1）阳离子聚合物转染（如支化/线性PEI）

【原理】

从细胞处理流程的角度看，PEI等阳离子聚合物首先与带负电的核酸快速结合，形成整体带正电的纳米复合物，使核酸更容易富集在带弱负电的细胞膜表面并被细胞通过内吞途径摄取；随后，这些复合物在内涵体–溶酶体途径中部分逃逸，进入胞质或进一步进入细胞核，从而使质粒DNA、siRNA等在细胞内实现表达、沉默或其他功能。

【优势】

PEI类阳离子聚合物原料易得、成本低廉、溶液制备和保存相对简单，可重复用于大规模转染，尤其适合瞬时过表达、病毒包装等需要处理大量细胞或构建病毒库的场景；对多种常规贴壁细胞具有一定的普适性，在不额外依赖特殊仪器的条件下即可实现较高的核酸导入量，整体性价比较高。

【局限和安全性问题】

PEI的转染效率和毒性对N/P比、核酸用量、缓冲液pH和离子强度等条件高度敏感，不同细胞系对其耐受性差异明显，配比或缓冲体系优化不当容易导致细胞显著死亡、形态异常或功能受损。

（2）脂质体/脂质纳米颗粒（Lipid/LNP）转染

【原理】

从递送路径的角度，脂质体或LNP通过与核酸形成脂质–核酸复合物，将核酸包裹或嵌入脂质结构中，使其在细胞外环境中得到保护并便于集中富集到细胞膜附近；这些复合物经膜融合或内吞被细胞摄取后，在内涵体成熟和酸化过程中逐步将核酸释放到胞质中，RNA分子（如mRNA、siRNA等）可在胞质直接发挥作用，而质粒DNA则有机会进入细胞核实现基因表达。

【优势】

优化后的脂质体和LNP载体对多种贴壁细胞和部分悬浮细胞具有较高转染效率，在适宜剂量下细胞毒性相对较低，对干细胞、原代细胞等敏感细胞类型也具有较好的兼容性；其对mRNA、siRNA、ASO等短链核酸尤其适用，可显著提升核酸稳定性和递送效率，已广泛用于核酸药物递送和mRNA疫苗体系，在体外实验和体内研究中均表现出良好的可扩展性和可重复性。

【局限和安全性问题】

部分高性能脂质体/LNP试剂成本较高，配方组合及剂量窗需要针对不同细胞系和不同核酸类型进行系统优化，否则可能出现潜在的细胞应激或隐性毒性；在体内应用时，脂质组分可能引起补体激活、肝毒性或急性过敏反应，需严格评估给药途径与剂量，并遵循相关法规要求；同时，脂质载体通常以非整合方式存在，难以单独满足长期稳定表达的需求，往往需要与病毒载体或基因整合技术联合使用。

2.2物理法与病毒法

（1）电转（Electroporation）

【原理】

电转通过在极短时间内对细胞施加强电场，使细胞膜电位瞬间升高并形成可逆性的“电孔”，外源核酸在电场驱动和浓度梯度作用下跨越细胞膜屏障进入胞内；在电场脉冲结束后，细胞膜结构逐渐恢复，部分核酸得以保留在胞质或进入细胞核，从而实现核酸导入和后续表达或基因编辑。

【优势】

电转对载体形式依赖较小，适用于质粒DNA、线性DNA、mRNA、siRNA、以及CRISPR/Cas9 RNP等多种形式的核酸或蛋白核酸复合物，对免疫细胞、造血干细胞等传统化学法“难转染”细胞仍可获得较高导入效率；在细胞免疫治疗（如CAR-T细胞制备）、原代细胞功能研究和体外基因编辑领域应用广泛，且参数一旦优化成功，重复性较好，有利于建立标准化工艺。

【局限和安全性问题】

强电场容易造成细胞膜不可逆损伤，引发细胞死亡、凋亡增加或功能受损，使得细胞存活率对电压、脉冲时间、脉冲次数以及电转缓冲体系等条件极为敏感，不同细胞类型往往需要独立摸索参数；电转还依赖专用仪器和配套耗材，设备及耗材成本较高，且在高电场操作时需注意电击、防污染等实验安全问题，因此更适合作为特定高难度转染或临床相关制备流程中的专用手段，而非所有实验的常规首选。

（2）病毒转导

【原理】

病毒转导利用经基因工程改造、删去致病和复制相关基因的慢病毒、腺病毒、腺相关病毒（AAV）等载体，将外源核酸包装在病毒衣壳或病毒颗粒内，通过病毒天然的受体识别、膜融合或受体介导胞吞途径高效进入靶细胞；慢病毒等逆转录病毒可将外源基因整合入宿主基因组实现长期稳定表达，而大多数腺病毒和部分AAV则以非整合或弱整合形式存在，更适合中短期强表达或体内靶向递送。

【优势】

病毒载体保持了天然病毒对宿主细胞的高效感染能力，即使在难转染的原代细胞、干细胞、神经元和多种体内组织中也能实现较高的导入效率和表达水平；慢病毒系统可用于构建稳定表达细胞株、进行长期功能研究或筛选，AAV等则因免疫原性相对较低、血清型多样、组织亲和性广，在体内基因治疗和体内基因调控领域具有独特优势；通过选择不同启动子、血清型和调控元件，还可在一定程度上实现细胞类型特异性表达和可调控的表达模式。

【局限和安全性问题】

病毒载体的质粒构建、病毒包装、浓缩和滴度检测流程复杂且耗时，整体成本较高，对实验室生物安全等级、操作规范和人员培训有较高要求；整合型载体（如慢病毒）存在插入突变和激活癌基因的潜在风险，需要谨慎用于临床前和临床研究；非整合型载体虽然基因组风险较低，但病毒蛋白及其表达产物仍可能诱发机体免疫反应或产生中和抗体，影响重复给药效果；因此，在实际应用中需要严格控制病毒剂量和暴露时间，遵守相关法规和伦理规范，并在必要时采用合适的安全设计（如自灭活载体、复制缺陷型病毒等）以降低风险。

三、常见化学转染试剂类型

3.1阳离子脂质类转染试剂

（1）作用机理

从纳米颗粒特性的角度来看，阳离子脂质类转染试剂通过阳离子头基与带负电的核酸发生静电结合，在水相中自组装为脂质–核酸纳米颗粒或脂质体。形成的颗粒依靠表面电荷和疏水相互作用富集在细胞膜附近，通过膜融合或受体介导内吞被细胞摄取；在内涵体内，脂质组分发生构象变化和脂质重排，扰动膜结构并促使核酸从内涵体转移到胞质或细胞核。颗粒的大小分布、表面电位以及脂质组成和流动性，是获得高效且相对低毒转染效果的关键物理参数。

（2）适用场景与特点

阳离子脂质类试剂在HEK293、HeLa等贴壁细胞中通常可获得较高转染效率，配方成熟的产品也可用于部分悬浮细胞和原代细胞。它们适用于质粒DNA、siRNA/miRNA、mRNA以及CRISPR相关核酸的递送，操作步骤简洁，易于在多孔板中进行高通量实验。与此同时，不同细胞系对同一脂质试剂的敏感度差异较大，剂量过高或孵育时间过长容易导致细胞变圆、脱落和死亡，因此在正式实验前需要针对具体细胞进行条件预优化。

3.2聚合物类转染试剂

（1）作用机理

从材料化学和结构参数的角度看，聚合物类转染试剂通常由带多胺结构的阳离子聚合物构成，其沿聚合物链分布的多点正电荷可以在溶液中逐步中和并压缩核酸，形成相对致密的聚合物–核酸颗粒。颗粒进入细胞后，在内涵体酸化过程中依赖聚合物的缓冲能力产生“质子海绵效应”，伴随大量离子和水分子进入内涵体，导致渗透压升高和膜结构破裂，从而促进核酸释放。聚合物的分子量、支链程度、缓冲容量以及N/P比等参数，会直接影响复合物的粒径、电荷与稳定性，进而决定细胞内递送行为和整体转染性能。

（2）应用优势与局限

聚合物类转染试剂制备相对容易、成本较低，适合大体积转染和病毒包装等需要大量细胞和核酸的场合，在HEK293等易转染细胞中表现良好。它们通常对体系的离子强度和血清不太敏感，使用灵活。然而，部分聚合物在较高剂量下对细胞毒性明显，容易引起细胞凋亡或坏死，对某些原代细胞和干细胞的适用性有限，因此需要通过优化N/P比、降低剂量或选择改性聚合物配方来缓解毒性问题。

3.3钙磷酸盐及其他化学体系

（1）钙磷酸盐沉淀法

钙磷酸盐转染通过在特定pH和离子强度条件下将Ca²⁺与DNA共混形成细小的磷酸钙沉淀颗粒，颗粒在重力作用下缓慢沉降并附着在细胞表面，随后被细胞内吞摄取。该方法试剂廉价易得，曾在HEK293等易转染细胞的基因表达和病毒包装中广泛使用。但体系对pH和温度非常敏感，条件稍有偏离就会导致沉淀颗粒性质变化，使转染效率波动较大，目前更多用于教学演示或预算受限项目中。

（2）专用siRNA/mRNA/CRISPR试剂

针对不同核酸类型，已经发展出多种专用转染试剂配方。siRNA专用试剂侧重在较低剂量下仍保持高基因沉默效率，同时尽量减少对整体转录组的非特异扰动；mRNA转染试剂通过优化脂质或聚合物结构，提高对mRNA的保护和递送效率，以实现快速而短暂的蛋白表达；CRISPR专用试剂则兼顾Cas9质粒、mRNA或RNP形式的递送需求，要求在保证编辑效率的同时尽量降低细胞毒性和脱靶风险。这类专用试剂使转染从“通用工具”向“按应用场景定制”发展。

四、影响转染效率和细胞毒性的因素

4.1细胞相关因素

（1）细胞类型与“易转染”“难转染”

不同细胞类型对同一种转染试剂的响应可以截然不同。永生化细胞系如HEK293、HeLa、CHO等往往被视为易转染细胞，通用配方即可获得较高效率；而免疫细胞、造血系统悬浮细胞、神经元、干细胞及多种原代细胞通常属于难转染类型，需要专用试剂或改用电转等其他递送方式。在评估方案时，应充分参考文献报道和生产商推荐的适用细胞范围。

（2）细胞状态与密度

细胞是否处于对数生长期、有无支原体污染、营养状况是否良好、汇合度是否合适，会直接影响转染结果。一般认为，在50%–80%汇合度进行转染更有利于兼顾细胞活性和复合物接触机会；过稀会使细胞增殖过慢、状态不佳，过密则可能导致营养供给不足和内源应激升高，从而削弱转染效率并加重毒性。保持低代次、形态良好、污染阴性的细胞是开展转染实验的基础。

4.2核酸相关因素

（1）核酸纯度与结构

高纯度、低盐、低内毒素的质粒DNA或RNA能够显著降低细胞非特异应激反应并提高转染效率。质粒的拓扑结构也会影响表达水平，超螺旋状态通常比线性化形式更利于高效表达。RNA需要避免反复冻融和RNase污染，mRNA尤其应注意帽结构和尾巴修饰的完整性，以保证翻译效率和稳定性。

（2）剂量与构建设计

核酸剂量过低会导致目标表达或敲低效应不明显，剂量过高则会增加细胞毒性并引入非特异效应。质粒载体上的启动子、增强子、密码子优化、信号肽和标签等设计会影响蛋白表达水平和定位；siRNA/sgRNA的序列设计决定着敲低或编辑效率及脱靶风险。合理控制剂量并优先选用经过验证或优化设计的构建，可以在保证效果的同时降低对细胞整体状态的扰动。

4.3试剂与操作条件

（1）试剂与核酸比例

多数转染试剂会给出推荐的试剂/核酸比例范围，例如以质量比或N/P比表示。在实际应用中，通常需要围绕推荐值设置若干梯度小试，以寻找适合具体细胞和核酸构建的最佳比例。比例过低，复合物形成不充分，转染效率不足；比例过高，则会因游离阳离子载体过多而显著加重毒性。

（2）培养体系与孵育时间

转染复合物形成阶段对缓冲液成分、pH和离子强度比较敏感，很多试剂要求在无血清、低蛋白背景下混合复合；而细胞孵育阶段则可视试剂说明在含血清或无血清条件下进行。复合物与细胞的共孵育时间常见在4–24小时之间，时间太短难以充分摄取，时间过长会增加细胞负担。适时更换为新鲜完全培养基可减轻长期暴露带来的毒性。

五、转染试剂的主要应用领域

5.1基础分子生物学研究

在基础分子生物学研究中，转染试剂被广泛用于基因功能解析、信号通路研究以及蛋白质表达与定位观察等。通过将携带目标基因的质粒DNA转染入细胞，可以观察其表达产物对细胞表型和功能的影响，用于解析基因在生理和病理过程中的作用；利用siRNA或miRNA转染，可以实现特定基因的短期沉默，从“失功能”角度研究基因作用；同时，通过表达荧光标记蛋白，可以追踪蛋白在细胞内的定位和动态变化，为构建信号通路和调控网络提供实验证据。

5.2基因治疗与细胞治疗

基因治疗旨在通过导入、修复或替换基因来治疗遗传性疾病、肿瘤和部分感染性疾病，转染试剂作为基因递送系统的重要组成部分，在其中发挥关键作用。病毒载体如慢病毒已被用于治疗部分血液系统疾病和遗传性疾病的临床研究，腺相关病毒载体在眼科疾病和凝血障碍等领域也取得了显著进展。非病毒载体因其生物安全性更高、免疫原性较低，正成为基因治疗领域的重要研究方向，有望在体内递送mRNA、siRNA或CRISPR体系等方面发挥更大作用，为个体化和精准治疗提供新的技术路径。

5.3生物制药与大规模蛋白表达

在生物制药领域，转染试剂被用于构建和优化重组细胞工厂，以生产单克隆抗体、重组蛋白、疫苗等生物制品。通过将编码目标蛋白的基因转染入CHO细胞、HEK293细胞等哺乳动物细胞中，可以获得具有正确折叠和糖基化修饰的人源化蛋白。高效稳定的转染体系有助于提高表达水平，缩短工艺开发周期，降低生产成本，从而推动生物制药产业的规模化和产业化发展。

六、阿拉丁相关产品

         转染试剂为核酸在细胞内外环境之间架起了沟通的桥梁，是连接基础研究与临床转化的重要工具。无论是用于常规的基因功能研究、重组蛋白与抗体制备，还是服务于前沿的基因治疗、细胞治疗和核酸药物开发，高效而安全的转染体系始终处于核心位置。随着新型脂质材料、聚合物载体和LNP平台的不断涌现，转染技术正在向更高效率、更低毒性、更强靶向性和更易规模化方向发展。阿拉丁也将持续完善转染试剂产品线，为科研与产业用户提供多场景、全流程的一站式解决方案，助力分子生物学与基因治疗领域的持续创新。

阿拉丁：https://www.aladdin-e.com/