脂質納米顆粒（LNP）是mRNA藥物常用的(de)載體。目前，BioNTech/輝瑞和(hé) Moderna的(de)mRNA疫苗都采用LNP作為(wèi)運輸載體，這是這些疫苗成功的(de)關鍵要素之一(yī)。

LNP是一(yī)種多組分系統，通常由可(kě)電離(lí)脂質或陽離(lí)子(zǐ)類脂質化合物、輔助脂質、膽固醇、保護劑聚乙二醇-脂質共轭物組成。

LNP結構組成：每種LNP都由4種輔料構成，包括可(kě)電離(lí)脂質（與mRNA結合，将其電荷由負電荷轉化為(wèi)電中性，同時限制顆粒毒性）；另3種脂質可(kě)以維持粒子(zǐ)的(de)結構并提高(gāo)穩定性（來源：Science）

LNP可(kě)将mRNA包裹在結構內(nèi)部空腔中，這種結構可(kě)以提高(gāo)mRNA體內(nèi)穩定性，有(yǒu)利于mRNA發揮作用。然而，制劑中的(de)LNP載體是藥物注射後疼痛與炎症等不良反應的(de)主要誘因。此外，mRNA發揮作用必須經過其翻譯出對應的(de)蛋白質實現，需要mRNA從顆粒中逃逸出來，然而，這對于細胞內(nèi)的(de)LNP顆粒非常困難。最後，當溫度升高(gāo)時，mRNA具有(yǒu)從LNP中解離(lí)的(de)傾向，因此這種制劑必須低(dī)溫保存，這也限制了這種劑型在全球範圍內(nèi)的(de)使用。總結來說，盡管這種遞送技術的(de)作用有(yǒu)目共睹，但還有(yǒu)很大的(de)優化空間。

溫哥(gē)華不列颠哥(gē)倫比亞大學(xué)（UBC）的(de)生物化學(xué)家Pieter Cullis開創了LNP藥物遞送系統，他表示：“這種系統明顯很有(yǒu)前景，但是我(wǒ)們(men)還需要提高(gāo)LNP的(de)性能，這是肯定的(de)。” 2020年(nián)，Cullis創立了NanoVation Therapeutics，開發了利用LNP将核酸安全有(yǒu)效地(dì)輸送到各種組織的(de)下一(yī)代平台技術。

來源：NanoVation Therapeutics官網

目前，大型制藥巨頭和(hé)生物技術公司正在開發新一(yī)代LNP系統。新一(yī)代LNP技術遞送能力更強、副作用更少，可(kě)以幫助mRNA獲得更高(gāo)的(de)穩定性并提高(gāo)mRNA藥物的(de)組織靶向能力。改進後的(de)這種納米顆粒可(kě)以幫助新冠和(hé)其他疾病的(de)mRNA疫苗實現更佳的(de)疾病預防效果，同時也可(kě)以助力mRNA藥物發揮治療疾病的(de)潛能。Philip Santangelo是佐治亞理(lǐ)工學(xué)院的(de)生物醫學(xué)工程師，目前與多家mRNA公司合作過。他表示：“遞送方式的(de)創新一(yī)定可(kě)以改變遊戲規則。”

Cullis在大概20年(nián)前開發了首個LNP系統，将基因沉默藥物遞送至細胞內(nèi)。後來，他和(hé)同事設計了LNP系統中的(de)4種脂質成分，幫助mRNA進入細胞治療疾病。這種技術目前在疫苗中進一(yī)步擴大使用。RNA疫苗公司VaxEquity的(de)聯合創始人，同時也是UBC生物工程師Anna Blakney表示：“這裏面仍需要進行(xíng)大量的(de)優化開發工作。”當談到如(rú)何理(lǐ)解細胞與納米顆粒相互作用時，她補充道(dào)：“這還是一(yī)個很大的(de)問号。”

VaxEquity 是一(yī)家英國(guó)生物技術公司，開發下一(yī)代自(zì)擴增 RNA 和(hé) mRNA疫苗（來源：VaxEquity官網）

3月24日，來自(zì)基因泰克的(de)科(kē)學(xué)家研究了納米顆粒如(rú)何激活一(yī)條特定的(de)炎症通路，為(wèi)這一(yī)問題找到了部分線索。白介素1（interleukin-1，IL-1）對提高(gāo)身體免疫力至關重要，但是這種炎症因子(zǐ)也可(kě)能誘發某些副作用。SM-102是一(yī)種可(kě)電離(lí)脂質，與mRNA結合并将mRNA封裝于LNP內(nèi)部。實驗中，SM-102顯著激活了這種通路。Moderna的(de)mRNA疫苗也是基于SM-102制備的(de)，這可(kě)能是這種疫苗在發揮較強的(de)防護作用的(de)同時導緻部分接種者感到惡心的(de)原因。

人體免疫細胞中，RNA疫苗誘導産生IL-1細胞因子(zǐ)（取決于RNA和(hé)脂質制劑，但主要是IL-1β）。IL-1将觸發包括IL-6在內(nèi)的(de)廣譜促炎因子(zǐ)釋放（來源：Nature Immunology）

基因泰克研究團隊沒有(yǒu)評估BioNTech /輝瑞mRNA疫苗中使用的(de)類似的(de)脂質。而來自(zì)賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫學(xué)院的(de)Mohamad-Gabriel Alameh測試了一(yī)種相關的(de)脂質分子(zǐ)。這種脂質分子(zǐ)觸發了一(yī)系列炎症分子(zǐ)，這其中既有(yǒu)促進療效的(de)，也有(yǒu)導緻不良反應的(de)。目前，研究人員期望可(kě)以設計出激活有(yǒu)利的(de)免疫反應，而不會過度刺激有(yǒu)害免疫通路的(de)可(kě)電離(lí)脂質。Alameh表示：“這并不簡單，但應該是可(kě)能的(de)。”

AexeRNA Therapeutics利用專有(yǒu)的(de)LNP遞送平台技術AexLNP開發新型mRNA療法和(hé)疫苗（來源：AexeRNA官網）

Michael Buschmann與Alameh等人共同創立了AeceRNA Therapeutics。Buschmann曾于2021年(nián)帶領一(yī)個研究團隊，證明了LNP的(de)電荷對疫苗非常重要。小鼠實驗中，負電荷不利于LNP停留在肌肉和(hé)淋巴結中引發預期的(de)免疫反應；相反，負電荷的(de)LNP傾向于在體內(nèi)廣泛分布，提高(gāo)小鼠發燒、寒顫和(hé)其他不良反應的(de)風險。

LNP遞送效率的(de)主要影響因素之一(yī)是可(kě)電離(lí)脂質的(de)pKa。負電性LNP肌內(nèi)給藥後會在肝髒中出現更多的(de)脫靶蓄積，這可(kě)以通過離(lí)子(zǐ)型脂質和(hé)LNP的(de)适當優化改善（來源：Communications Biology）

為(wèi)了減少LNP的(de)電荷負載量，研究人員替換了具有(yǒu)不同化學(xué)性質的(de)可(kě)電離(lí)脂質。根據去(qù)年(nián)在預印本平台上發表的(de)論文，這種新型LNP制備的(de)新冠mRNA疫苗在小鼠體內(nèi)産生了相較于傳統遞送系統更多的(de)保護性抗體，而且副作用更少。

一(yī)種多質子(zǐ)可(kě)電離(lí)脂質C24肌內(nèi)給藥可(kě)減少肝髒蓄積，提高(gāo)編碼蛋白表達水平，增強病毒防禦能力（來源：Research Square）

特拉維夫大學(xué)的(de)生物化學(xué)家、疫苗遞送領域初創公司NeoVac的(de)聯合創始人Dan Peer還開發了具有(yǒu)非典型結構的(de)新型可(kě)電離(lí)脂質庫。在一(yī)項未公開發表的(de)實驗中，這些新型可(kě)電離(lí)脂質可(kě)以幫助mRNA疫苗産生較少的(de)副作用，并且在室溫條件下的(de)穩定性更強。

目前，也有(yǒu)研究團隊緻力于改善LNP的(de)細胞攝取與內(nèi)涵體逃逸。內(nèi)涵體幫助LNP進入細胞，然而，大量的(de)LNP被束縛在內(nèi)涵體內(nèi)，導緻mRNA還沒有(yǒu)被釋放就被內(nèi)涵體破壞了。俄勒岡健康與科(kē)學(xué)大學(xué)的(de)生物工程師Gaurav Sahay評論道(dào)：“有(yǒu)大量的(de)RNA沒有(yǒu)發揮作用。”

和(hé)膽固醇一(yī)樣，可(kě)電離(lí)脂質的(de)形狀也可(kě)以影響LNP從內(nèi)涵體中逃逸的(de)能力。Sahay及其同事于2020年(nián)報道(dào)了不同類型的(de)膽固醇可(kě)以改善LNP從溶酶體逃逸的(de)速率。Sahay成立了一(yī)家名為(wèi)Enterx Biosciences的(de)公司，緻力于将這些發現商(shāng)業化。

将C-24 烷基植物甾醇引入LNP（eLNP）可(kě)提高(gāo)基因轉染能力。烷基鏈的(de)長(cháng)度、甾醇環的(de)柔性與羟基極性是轉染能力的(de)重要影響因素。相對于傳統的(de)LNP的(de)球形結構，eLNP結構呈多面體。eLNP細胞攝取和(hé)保留增強，從內(nèi)涵體中穩定釋放的(de)能力更大。（來源：Nature Communications）

賽諾菲已經開始對特制的(de)LNP進行(xíng)頭對頭的(de)臨床試驗。例如(rú)，在一(yī)項2021年(nián)啓動的(de)一(yī)項試驗中，該公司評估了兩種遞送流感mRNA疫苗的(de)LNP制劑。根據初步數據，賽諾菲mRNA卓越中心研究和(hé)生物标志物負責人Frank DeRosa在2021年(nián)12月的(de)一(yī)次投資者活動中宣布，其中一(yī)種脂質納米粒預防流感性能顯著，但在高(gāo)劑量下也導緻了更多的(de)不良反應。

Arcturus Therapeutics是一(yī)家專注于RNA療法的(de)公司，目前産品管線中有(yǒu)2個新冠疫苗分别進入臨床III期與II期，一(yī)項肝髒mRNA藥物進入臨床II期（來源：Arcturus官網）

而包括BioNTech和(hé)Arcturus Therapeutics在內(nèi)的(de)其他公司已經開始試圖從LNP中除去(qù)PEG。PEG在LNP可(kě)以起到穩定結構的(de)作用，但近來有(yǒu)研究表明PEG與疫苗某些不良反應有(yǒu)關。與此同時，其他更多的(de)公司則緻力于優化遞送mRNA的(de)脂質，拓寬mRNA應用場景，實現從預防到治療的(de)跨越。輸注LNP後，這種納米顆粒往往傾向于分布到肝髒中。為(wèi)了實現治療疾病，需要提高(gāo)mRNA編碼糾正疾病的(de)蛋白質精準遞送到目标細胞或組織中的(de)能力。

NanoVation Therapeutics的(de)聯合創始人兼首席執行(xíng)官Dominik Witzigmann表示：“LNP的(de)遞送将成為(wèi)擴展mRNA應用領域的(de)關鍵。”

聚肌氨酸（pSar）是內(nèi)源性物質肌氨酸的(de)聚合物。利用pSar代替PEG實現減少LNP的(de)聚集和(hé)體內(nèi)的(de)網狀內(nèi)皮系統清除作用，可(kě)提高(gāo)RNA轉染效率，減少促炎因子(zǐ)釋放，降低(dī)補體活化（來源：ACS Applied NanoMaterials）

随着mRNA新冠疫苗為(wèi)BioNTech/輝瑞和(hé) Moderna帶來的(de)豐厚利潤，産業界對于LNP技術的(de)關注度日益提高(gāo)，與之相關的(de)利益沖突也越來越多。Alnylam Pharmaceuticals開發的(de)第一(yī)款以LNP遞送的(de)一(yī)種基因沉默藥物于2018年(nián)獲批，用于治療一(yī)種罕見的(de)神經退行(xíng)性疾病。Alnylam認為(wèi)在其基礎專利中覆蓋了BioNTech/輝瑞和(hé)Moderna新冠疫苗中的(de)脂質成分權利要求。而Cullis創立的(de)另一(yī)家加拿大公司Arbutus BioPharma也在向Moderna索取賠償，因為(wèi)Arbutus聲稱Moderna侵犯了該公司一(yī)項由一(yī)定比例脂質構成LNP系統的(de)專利。

不過，伊利諾伊大學(xué)法學(xué)院生物技術專利律師Jaco Sherkow認為(wèi)，這些産權糾紛不會對LNP創新造成負面幹擾，“這個領域有(yǒu)太多錢可(kě)以燒了。”

專家點評

星銳醫藥 科(kē)學(xué)創始人 程強博士

程強博士，星銳醫藥科(kē)學(xué)創始人、北(běi)京大學(xué)研究員、國(guó)家級青年(nián)人才。長(cháng)期從事新型 RNA 脂質納米藥物研發，以脂質納米顆粒（LNP）為(wèi)技術支撐，通過精準遞送 RNA（mRNA、siRNA、Cas-sgRNA等）到病竈部位，以實現 RNA 在遺傳性疾病、代謝類疾病、癌症等多種疾病中的(de)治療應用。以第一(yī)/通訊作者（含共同）在Nature Nanotechnology、Nature Materials、PNAS、Nature Communications、Advanced Materials 等期刊相繼發表學(xué)術論文40餘篇，被引2400餘次，申請或已授權國(guó)際/國(guó)內(nèi)專利10餘項，多項研究成果已幫助中、美多家生物技術公司獲得數億美元融資。

進入LNP領域的(de)機(jī)緣

2011年(nián)到2016年(nián)，我(wǒ)在北(běi)京大學(xué)分子(zǐ)醫學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位，導師是梁子(zǐ)才教授。梁子(zǐ)才教授是（蘇州）瑞博生物公司的(de)創始人、董事長(cháng)，也是國(guó)內(nèi)小核酸（siRNA）制藥的(de)領軍人物。大家現在已非常熟悉，當前siRNA的(de)肝髒靶向遞送是以GalNAc綴合為(wèi)主，但在很多年(nián)前，LNPs則是遞送siRNA的(de)主流，并且第一(yī)款問世的(de)Onpattro藥物正是使用的(de)MC3 LNPs載體。我(wǒ)在讀博期間可(kě)以接觸到非常多最前沿的(de)siRNA藥物研發項目，也是在那個時候開始研究LNPs載體。

SORT-LNP技術的(de)優勢

經過多年(nián)的(de)探索，我(wǒ)與合作夥伴在LNPs技術開發方面也取得了一(yī)些創新成果。在2020年(nián)發表于Nature Nanobitechnology雜志上的(de)一(yī)項研究中，我(wǒ)們(men)首次報道(dào)了SORT（Selective ORrgan Targeting）技術。通過額外添加一(yī)種SORT分子(zǐ)，我(wǒ)們(men)系統地(dì)設計了多種靶向肝外組織的(de)LNPs。我(wǒ)們(men)證實，在SORT分子(zǐ)的(de)幫助下，LNPs可(kě)特異性靶向肺、脾、肝髒，并實現相關細胞（包括上皮細胞、內(nèi)皮細胞、B細胞、T細胞和(hé)肝細胞）的(de)mRNA遞送和(hé)基因編輯。

與傳統LNPs的(de)研發相比，SORT技術最大的(de)優勢在于可(kě)預測性和(hé)簡便性。由于SORT技術具有(yǒu)普适性，在研發靶向LNPs載體的(de)時候可(kě)以明确給出研發方向，因此大大降低(dī)了LNPs篩選庫的(de)樣本量，從而縮短(duǎn)研發周期。基于這一(yī)mRNA靶向遞送技術，星銳醫藥的(de)管線布局也有(yǒu)相應的(de)特點，針對肝、肺、脾髒都有(yǒu)項目正在推進中。

mRNA疫苗之外的(de)應用

就現有(yǒu)知識來看，遞送mRNA是LNPs的(de)最佳應用之一(yī)，LNPs潛在的(de)應用場景取決于研發靶向性LNPs的(de)能力。理(lǐ)論上，mRNA可(kě)以表達出任意我(wǒ)們(men)想要的(de)蛋白，隻要LNPs的(de)靶向性足夠好，那麽LNPs-mRNA的(de)應用場景将無比廣闊。目前除了熟知的(de)疫苗外，通過蛋白替換（表達功能正常的(de)蛋白）、基因編輯（表達編輯系統相關蛋白）手段，LNPs已經在代謝疾病、遺傳疾病、癌症等治療中有(yǒu)所應用。

未來3-5年(nián)重點研發方向

當然，想要獲得進一(yī)步的(de)突破，LNPs技術仍有(yǒu)很多挑戰需要克服。未來3-5年(nián)，靶向性（靶向特定髒器中特定細胞的(de)能力）研究可(kě)能會是LNPs研發的(de)重點方向，這方面的(de)改進一(yī)方面可(kě)明确提升治療效果，另一(yī)方面也可(kě)降低(dī)脫靶效應。就SORT技術而言，接下來，我(wǒ)們(men)的(de)首要任務是明确其具體的(de)靶向遞送機(jī)制及作用機(jī)理(lǐ)，這将更有(yǒu)助于指導研發靶向其他重要器官的(de)LNPs體系。

參考資料：

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[9] https://www.nanovationtx.com/

[10] https://vaxequity.com/

[11] https://aexerna.bio/

[12] https://arcturusrx.com/