武汉大学殷昊团队：倍数减少脂质投入的LNP剂型设计新策略 | NSR

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脂质纳米颗粒（LNP）作为siRNA和mRNA的有效载体已经取得了临床批准使用。在构建LNP成分中，可电离脂质被认为是决定RNA递送效率的关键因素，其稳定RNA分子的封装，并在细胞内促进RNA的释放。然而，临床数据显示，接受LNP治疗的部分受试者仍会出现不同程度的不良反应，包括但不限于发烧、局部疼痛、肌酐暂时升高和心肌炎等症状。这些临床表现促使研究人员需要进一步优化LNP的设计，以减少不良反应的产生并提高治疗效果。

近年来，研究人员不断深入研究可电离脂质的性质以及其与RNA相互作用的机制，以进一步优化LNP的设计，提高RNA递送的效率和特异性。多项研究表明，可电离脂质分子与RNA之间形成的氢键等弱相互作用力有助于提高LNP的体内递送效率，但在LNP剂型中的作用尚无报道。

近日，武汉大学医学研究院/免疫与代谢前沿科学中心/泰康生命医学中心/病毒学国家重点实验室/武汉大学中南医院殷昊团队在线报道了一类新型多羟基可电离脂质分子（HTO脂质分子），通过增加脂质分子中羟基的数量以加强可电离脂质分子与RNA之间的氢键作用力，其递送效率和已商业化制剂SM-102 LNP递送效率相当，但倍数降低LNP中所需脂质分子，将其用于单碱基编辑工具的高效体内递送。该成果近期发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），题为“Minimizing the ratio of ionizable lipid in lipid nanoparticles for in vivo base editing”。

HTO脂质分子合成与表征

与商业化脂质SM-102相比，HTO分子通过环氧烷开环反应使分子的一条支链上产生一个额外的羟基。同时通过改变环氧烷的碳链长度，分别得到三种新的脂质分子（HTO12、HTO14和HTO16），相应分子的合成路径如图1所示。随后，通过分子动力学模拟发现羟基数量的增加显著增强了脂质分子和mRNA分子之间的相互作用力（图2）。

图1 HTO脂质分子的合成路径

图2 分子动力学模拟图。（A）SM-102和（B）HTO12

HTO LNP配方优化及体内筛选

研究人员将HTO脂质分子、DSPC、胆固醇和DMG-PEG2000按照摩尔比50：10：38.5：1.5与表达萤火虫荧光素酶的mRNA（Luc mRNA）通过微流控装置混合，通过改变可电离脂质与mRNA分子的质量比制备得到相应的HTO LNP。研究人员发现羟基数量的增加显著提高了LNP的载药水平。随后分别将相应的LNP通过尾静脉注射至小鼠体内，6小时后使用活体成像系统采集小鼠活体和主要器官的发光强度。结果显示，与商业化制剂SM-102 LNP一致，HTO LNP经尾静脉注射后主要富集在小鼠的肝脏部位（图3）。其中，HTO12 LNP的mRNA递送效率与SM-102 LNP相当，但此时HTO12 LNP中可电离脂质与mRNA的比例与SM-102 LNP相比降低了2.5倍（图3）。

图3 HTO LNP制剂配方筛选

HTO12 LNP在基因编辑治疗中的应用

研究人员利用HTO12 LNP共同递送腺嘌呤碱基编辑器ABE8.8m mRNA和靶向小鼠Pcsk9基因的sgRNA，以降低小鼠肝脏细胞中Pcsk9蛋白和总胆固醇的表达水平。具体的作用机制如图4所示，通过将sgRNA设计在Pcsk9基因的第一个外显子和内含子的剪接位点处，干扰Pcsk9 pre-mRNA的正常剪接，从而产生错误的蛋白，最终实现Pcsk9蛋白的表达下降。

随后，将制备得到的HTO12-ABE8.8m mRNA & sgRNA LNP注射至野生型C57小鼠体内，剂量为3 mg/kg，两周后收集小鼠的外周血和肝脏组织进行相应的分析（图4）。结果显示，HTO12组小鼠Pcsk9蛋白下降了86.6%，总胆固醇含量下降了25.2%。深度测序结果表明，HTO12组小鼠肝脏的基因编辑效率为63.4%，与SM-102组小鼠相当。

图4 HTO12 LNP递送单碱基编辑工具的

综上所述，该研究设计了一种新型的多羟基可电离脂质分子（HTO12），通过增强脂质分子与mRNA之间的氢键作用力，不仅实现了与商业化脂质SM-102相当的mRNA递送效率，同时也倍数减少了脂质的使用量。HTO12 LNP成功递送单碱基编辑工具，实现高水平的体内基因编辑。与此同时，更少的脂质使用量可显著降低由脂质分子引起的潜在不良反应的风险，表现出在RNA疗法领域，包括RNA疫苗、基因编辑治疗、蛋白替代疗法领域中潜在的应用前景。

武汉大学医学研究院陈秋冰博士为该文的第一作者，殷昊教授为通讯作者。