康奈尔大学江绍毅Science子刊：新型脂质纳米颗粒，用于脾靶向mRNA疫苗

随着mRNA疫苗在COVID-19疫情中的成功应用，脂质纳米颗粒作为其关键递送系统备受关注。然而，现有LNP系统普遍存在肝脏趋向性强、脾脏靶向效率低、以及因PEG化脂质引起的免疫原性与“加速血液清除”效应等问题，限制了其在肿瘤疫苗等需要高效抗原呈递的免疫治疗中的应用。

为此，康奈尔大学江绍毅团队提出一种新型三组分LNP系统——ThrCo LNP，通过将传统LNP中的胆固醇和PEG化脂质替换为两性离子可电离脂质，实现了脾脏特异性mRNA高效递送与表达，为mRNA疫苗的脾靶向治疗开辟了新路径。相关研究成果以“Replacing cholesterol and PEGylated lipids with zwitterionic ionizable lipids in LNPs for spleen- specific mRNA translation”为题，发表在《Science Advances》期刊上。

主要内容

图1. 用于脾特异性mRNA翻译的无胆固醇与无PEG化脂质的两性离子ThrCo LNPs

本研究首先设计并合成了一种新型PyCB离子化脂质，其结构衍生自临床常用的ALC-0315 IL，但在亲水头引入两性离子基团，显著增强了LNP表面的亲水性。该结构在生理pH下呈两性离子态，降低蛋白吸附；而在内体酸性环境下发生质子化，促进mRNA的内体逃逸。与BNT162b2 LNP和已报道的脾靶向18PA LNP相比，ThrCo LNP在脾脏中表现出显著增强的mRNA翻译效率，实现了从肝脏到脾脏的器官特异性转移。

图2. PyCB ILs实现ThrCo LNPs的脾特异性mRNA转染重构

通过系统优化PyCB IL在LNP中的摩尔比例，研究发现当PyCB IL占比为45%时，脾脏mRNA表达达到峰值。进一步优化辅助脂质DSPC比例后，最终确定最优配比为ALC-0315 IL/PyCB IL/DSPC = 35.6:44.4:20。该配方的ThrCo LNP在体内分布中显示出肝脏积累降低至30.9%，脾脏积累提高2.6倍，脾脏mRNA表达量比BNT162b2 LNP提高4.5倍，且在高剂量下肝毒性更低。

图3. ThrCo LNPs的表征

ThrCo LNP粒径约200 nm，分布均匀，形态为球形实心结构，在血清中稳定性良好。细胞摄取机制研究表明其主要通过网格蛋白和小窝蛋白介导的内吞途径进入细胞。FRET分析和溶血实验证实其在酸性条件下能有效破坏内体膜并促进mRNA释放，同时具有良好的生物相容性。Zeta电位和³¹P NMR分析进一步揭示了PyCB IL的质子化行为与膜融合能力。

图4. ThrCo LNPs作为稳健的mRNA疫苗载体

通过Ai14报告小鼠模型，研究证实ThrCo LNP能高效将Cre mRNA递送至脾脏树突状细胞和巨噬细胞，诱导更强的tdTomato表达。在多次免疫实验中，ThrCo LNP未出现如BNT162b2 LNP因ABC效应导致的表达下降，其两性离子表面显著降低了血清蛋白吸附，保障了重复给药下的疫苗效力。

图5. 基于ThrCo LNP的疫苗抑制肿瘤转移

在B16F10-OVA黑色素瘤肺转移模型中，ThrCo LNP疫苗能完全阻断肿瘤肺转移，显著提升脾脏和血液中抗原特异性CD8⁺ T细胞比例，并诱导更强的IFN-γ表达和记忆T细胞形成。在肿瘤再攻击实验中，该疫苗仅抑制同源肿瘤生长，显示出抗原特异性免疫记忆。

图6. 基于ThrCo LNP的疫苗抑制肿瘤生长

在已建立的黑色素瘤模型中，ThrCo LNP疫苗显著抑制肿瘤生长，60%小鼠实现完全缓解，生存率显著提升。脾脏和肿瘤组织中抗原特异性CD8⁺ T细胞浸润显著增强，IFN-γ分泌上升，同时诱导了长效的免疫记忆反应，展现出强大的治疗潜力。

全文总结

本研究通过理性设计开发了一种无胆固醇、无PEG化脂质的三组分LNP系统——ThrCo LNP，成功实现了mRNA的脾脏特异性高效递送。PyCB IL的引入不仅增强了LNP的稳定性和内体逃逸能力，还有效避免了PEG相关的免疫原性与ABC效应，保障了重复给药下的疫苗效力。在多种黑色素瘤模型中，ThrCo LNP疫苗展现出卓越的肿瘤抑制、转移阻断与免疫记忆诱导能力。尽管在肝积累完全避免与细胞特异性靶向方面仍有优化空间，本研究为下一代mRNA疫苗的脾靶向递送提供了全新的材料平台与设计范式，具有广阔的临床转化前景。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady6460