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脂质纳米粒Lipid nanoparticles（LNP）是关键、多功能的核酸（mRNA、siRNA及质粒DNA）递送技术。可电离阳离子脂质在LNP中的关键功能包括：核酸包封、其pKa值影响转染效能、LNP内化的必要条件、破坏内体以释放核酸、影响细胞耐受性和免疫性等。
目前LNP主要用于RNA治疗：包括括反义寡核苷酸（ASO）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、信使RNA（mRNA）和单向导RNA（sgRNA）介导的CRISPR-Cas9系统。主要有五种可电离脂质类型广泛用于RNA递送[1]。
1） 不饱和可电离脂质
可电离脂质的尾部饱和度将影响脂质的流动性和递送效率。尾部不饱顺式双键数量从0个增加到2个，膜破坏和有效载荷的释放将增强，这可能是与脂质层结合形式变化相关（形成非双层相的趋势增加）。不饱和的可电离脂质已被证明增强mRNA递送。但可电离脂质中包含不饱和键并不总是与有效的体内RNA递送相对应，合理设计和筛选都是必要的。
2） 多链尾的可电离脂质
多链尾的可电离脂质在结构上与双尾脂质的区别在于具有三个或更多个尾。尾区的横截面增加，预期此类可电离脂质产生更锥形的结构以增强的内体破坏。多链尾的可电离脂质广泛采用，用于各种mRNA递送目的：如嵌合抗原受体免疫T细胞疗法和产前蛋白质替代疗法。多链尾的可电离脂质通常具有稳定的骨架和低降解性，因此在阐明其毒性和免疫原性时应考虑。
3） 可电离聚合物-脂质
用烷基尾取代阳离子聚合物上的游离胺可制备可电离的聚合物-脂质，其可以通过疏水聚集增强颗粒形成。相关研究人员从500种结构多样的合成聚合物-脂质中，筛选出C15环氧化物修饰的低分子量聚乙烯亚胺（7C1），其具有最有效的非肝脏siRNA递送，且7C1优先转染内皮细胞-而不是肝细胞和肺上皮细胞。这提示基于聚阳离子的可电离脂质可能优先转染内皮。但该脂质聚合物存在结构复杂性，即使在纯化后，仍含有不同取代度的化合物的混合物；此外，有毒的聚阳离子核心和不可降解的主链对临床转化造成了额外的障碍。
4） 可生物降解的可电离脂质
将生物降解性的基团引入可电离脂质，以减少脂质化合物的积累和潜在的副作用，在成功的细胞内货物递送后，可电离的脂质降解成无毒的代谢物，这对于需要重复给药的RNA-LNP尤其重要。常见策略为引入酯键，其在生理pH下稳定，但在组织和细胞内酶的作用下水解。但酯基的位置和空间效应也将影响可电离脂质清除率和效力。与不可降解的类似物相比，含酯的可电离脂质通常表现出较低的效力，这是由于快速水解导致的低效递送，因此需要平衡活性-降解性权衡以最大化总效益。可以采用更稳定的仲酯代替伯酯以降低降解速率。另将对还原型细胞内环境敏感的二硫键引入，但存在合成的困难以及核酸过早释放的风险。
5） 分支尾可电离脂质
尾支化可极大地影响可电离脂质性能。有研究表明，尾支链能够增加转染效力，这可能是与增强的内体逃逸有关：在内体中，间隔的可电离脂质的具有更强质子化能力，并增加了脂质尾部的横截面以形成更锥形的结构。研究人员开发了具有带支链酯链尾巴的可电离脂质，其在肝脏中的转染效率高于直链酯链尾的脂质化合物，这可能是由于仲酯的降解速率较慢。值得注意的是，增加尾部分支是LNP公司研究的主要特征之一。
尽管FDA批准了可电离脂质用于RNA递送应用，但RNA递送仍面临一些挑战。如免疫原性和长期毒性；可电离脂质介导的肝外递送，以及合成工艺的复杂性等。基于目前的研究进展和临床现状，可降解的主链和增加的分支/尾部是可电离脂质未来发展的两个最有利的结构特性。除了安全性和效力之外，具有靶向和免疫调节等额外功能的下一代可电离脂质对于特定应用将是重要的。
珠海舒桐在基因编辑和基因递送领域深耕多年，可提供脂质纳米粒（LNPs）和阳离子聚合物等非病毒载体的定制化服务，详情可咨询和联系合作！
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参考文献
[1] Han X, Zhang H, Butowska K, Swingle KL, Alameh MG, Weissman D, Mitchell MJ. An ionizable lipid toolbox for RNA delivery. Nat Commun. 2021 Dec 13;12(1):7233. doi: 10.1038/s41467-021-27493-0.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34903741/