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深度解读
今天，我们聚焦一篇发表于顶刊《Nature Communications》的重磅研究，由礼来（Eli Lilly）公司的Daniel A. Estabrook 团队带来的：“Buffer optimization of siRNA-lipid nanoparticles...”。在本系列的前两篇文章中，我们见证了如何通过调控mRNA缓冲盐来塑造LNP的物理结构，从而极大地提升其生物学功能。但对于RNA药物，还有一个更根本的痛点——室温下的化学不稳定性。这篇研究便直击要害，为我们揭开了LNP在室温下降解的深层分子机制。
这项研究直击了RNA药物领域最核心的“卡脖子”难题之一：稳定性。我们熟知的新冠mRNA疫苗为何需要极端的低温冷链运输？正是因为包裹着mRNA的脂质纳米粒（LNP）在常温下非常脆弱。该团队另辟蹊径，没有去重新设计复杂的核心脂质分子，而是将目光投向了常常被忽视的“配方辅料”——缓冲液。他们精准地“侦破”了LNP在常温下降解的分子机制：不饱和脂质的氧化会产生一个高活性的“分子叛徒”（dienone），这个叛徒会直接攻击并“绑架”RNA，形成无效的“RNA-脂质加合物”。基于这一发现，他们通过将标准磷酸盐缓冲液（PBS）替换为一种温和的组氨酸缓冲液，成功地为脆弱的LNP穿上了一件“金钟罩”，使其在室温下的“保质期”从短短两周奇迹般地延长到了整整6个月，并且完全保持了其生物活性。这一看似简单却极其巧妙的“配方革命”，为未来开发无需严苛冷链、可在室温下稳定储存的RNA药物和疫苗铺平了道路。
图1. 传统缓冲液中的“脆弱杀手”：siRNA-LNP在室温下的“保质期”危机
这组图清晰地展示了问题的起点。当研究人员将包裹着siRNA（一种小干扰RNA，用于基因沉默治疗）的LNP置于最常用的磷酸盐缓冲液（PBS）中，并储存在25℃的室温下，一场“灾难”便开始了。
从上方的照片（图A）中我们可以直观地看到，仅仅一个月后，原本均一的LNP溶液就开始出现肉眼可见的颗粒物和聚集，到了六个月时，已经出现了明显的分层和沉淀。这就像一杯新鲜的牛奶在室温下放久了会变质结块一样，意味着LNP的物理结构被破坏了。
下方的图表则从化学层面揭示了更深层的问题。无论是核心的递送载体——可电离脂质MC3的完整性（图F），还是作为“弹药”的siRNA分子的完整性（图G, H），都在持续下降。尤其是在室温（25℃）条件下，六个月后，siRNA的完整链（反义链）竟然只剩下了不到25%！ 这表明，在看似温和的PBS缓冲液中，LNP正在经历着剧烈的化学降解，药物的核心成分正在迅速失效。这正是限制RNA药物走向更广泛应用，并导致其高度依赖冷链的根本原因。
图2. “配方”的魔力：小小的缓冲液改变，带来长达6个月的室温稳定
面对以上严峻的挑战，研究团队展现了其“四两拨千斤”的智慧。他们将“凶手”锁定在了配方环境上，并尝试用一种含有组氨酸（Histidine）的缓冲液来替换PBS。结果令人震惊。
如上图所示，同样在25℃的室温下储存，这次的照片（图A）中，LNP溶液在长达六个月的时间里始终保持澄清透明，丝毫没有出现聚集或沉淀。下方的化学分析数据更加有力地证明了这一改进的成功：无论是MC3脂质（图F）还是siRNA分子（图G, H），其完整性都保持在极高的水平（~90%以上），与之前在PBS中的快速降解形成了天壤之别。
仅仅是缓冲液这一个看似微不足道的组分，就将LNP的室温稳定性提升了数个量级。这充分说明，在复杂的纳米药物递送系统中，每一个组分都可能扮演着至关重要的角色。组氨酸缓冲液在这里就像一个高效的“保镖”，成功地保护了LNP免受外界环境的侵蚀。但问题是，这个“保镖”究竟是如何做到的呢？
图3. 揭开“失效”的分子真相：锁定导致RNA药物降解的“罪魁祸首”
这张图是整个研究的科学核心，它像一部侦探小说，揭示了LNP降解的分子机制。
研究团队通过精密的质谱分析，发现MC3脂质分子中不饱和的“尾巴”（即含有双键的碳链）是问题的根源。在有氧环境下，这个脆弱的结构会被氧化，形成一种名为“E,Z-dienone”的副产物（图A中的反应路径）。这个副产物是一个非常活泼的亲电体，可以把它想象成一个带有“钩子”的分子。
一旦形成，这个带“钩子”的副产物就会在LNP内部四处游荡，并攻击旁边作为“货物”的siRNA分子，与之发生共价结合，形成所谓的“RNA-脂质加合物”（RNA-lipid adducts，图D）。这种结合是不可逆的，它彻底破坏了siRNA的结构，使其无法再执行基因沉默的功能，药物也就此失效。
图E和图F的对比数据完美地验证了这一机制。在PBS和Tris缓冲液中，随着时间推移，RNA-脂质加合物（图E）的比例急剧上升，而完整siRNA（图F）的含量则断崖式下跌。然而，在组氨酸缓冲液中，无论是加合物的形成还是siRNA的降解，都被抑制在了极低的水平。这表明，组氨酸很可能扮演了抗氧化剂的角色，从源头上阻止了“E,Z-dienone”这个“分子叛徒”的产生，从而保护了整个系统的稳定。
图4. 终极考验：化学稳定性如何直接转化为生物学活性
物理和化学上的稳定性最终都要服务于生物学功能。这张图是最终的“疗效”验证，它回答了一个终极问题：经过不同条件储存的LNP，还能正常工作吗？
研究人员将在PBS和组氨酸缓冲液中、于室温下储存了一个月的LNP，用于细胞实验，检测它们沉默目标基因（HPRT）的效率。结果一目了然：
蓝色曲线（4W @ 25 °C 1X PBS）：在PBS中储存的LNP，几乎完全丧失了活性，无论用多大浓度，都无法有效降低目标基因的表达。这说明，化学上的降解已经导致了药物的彻底失效。
红色曲线（4W @ 25 °C 10 mM His）：在组氨酸缓冲液中储存的LNP，其基因沉默效率与新鲜制备的样品（绿色曲线）以及在4°C冰箱中储存的样品几乎完全一样。
这一结果强有力地证明，通过优化缓冲液实现的化学稳定性，可以被完美地转化为生物学活性的保持。这不仅证实了前述降解机制的正确性，更展示了该优化策略巨大的实际应用价值。一个能在室温下存放一个月后依然高效的RNA药物，意味着冷链的束缚正在被打破。
他山之石，可以攻玉
这篇研究为我们带来了多层级的深刻启示：
提炼核心科学思想： 这项工作的核心设计哲学是“整体配方思维”（Holistic Formulation Thinking）。它告诉我们，一个先进的药物递送系统，其成功不仅仅取决于核心活性成分或关键载体分子的设计，更依赖于整个配方体系中所有组分（包括看似不起眼的辅料）的协同作用。礼来的科学家们没有陷入“必须发明一种全新的、更稳定的脂质”这样的思维定式，而是通过优化环境“辅料”，巧妙地解决了核心载体的稳定性问题，这是一次思维上的胜利。
提供背景与横向对比： 在后疫情时代，我们都对mRNA疫苗的-70℃存储条件记忆犹新。全球各大药企和科研机构都在努力开发热稳定性更好的RNA疫苗和药物，主流思路大多集中在改造和筛选新的可电离脂质或优化RNA序列上。这项工作则提供了一个强有力的补充甚至替代方案。它表明，在我们投入巨资开发下一代核心分子时，或许可以先回头看看，通过优化现有成熟体系的“配方”，可能以更低的成本、更快的速度解决同样棘手的问题。
提出深刻见解与未来展望： 这项研究打开了未来发展的新思路：
直接应用于mRNA疫苗： 虽然本研究聚焦于siRNA，但其揭示的脂质氧化机制对于mRNA-LNP同样适用。将这一组氨酸缓冲液策略应用于现有的mRNA疫苗，是否有望将其储存条件从-20℃或-70℃提升至标准的2-8℃冷藏，甚至是室温？这无疑是下一步最值得探索的方向。
“安全辅料”的再发现： 组氨酸是一种氨基酸，是公认的安全辅料。这项工作启发我们，可以系统性地筛选其他GRAS（Generally Recognized As Safe）级别的辅料，利用其抗氧化、金属离子螯合等特性，来构建更稳定的纳米药物平台。
加速新药研发流程： 在药物发现的早期阶段，研究者往往更关注核心分子的效果，而忽略配方稳定性。这项研究提供了一个简单、高效的稳定化平台，使得研究人员可以在早期就使用一个稳健的配方，从而避免后期因稳定性问题推倒重来，大大加速了从实验室到临床的转化过程。
总之，这篇研究以其精妙的视角和扎实的证据，为整个RNA药物领域解决“稳定性”这一核心痛点提供了一把看似简单却异常锋利的“钥匙”。
参考文献
Estabrook DA, Huang L, Lucchese OR, Charland DJ, Yu Z, Sayyed FB, Buser JY, Oh Y, Liu X, Johnson HA, Rodriguez KG, Wambolt NA, Corba SA, Nash GT, Yang D, Wang T. Buffer optimization of siRNA-lipid nanoparticles mitigates lipid oxidation and RNA-lipid adduct formation. Nat Commun. 2025 Sep 25;16(1):8380. doi: 10.1038/s41467-025-63651-4. PMID: 40998813; PMCID: PMC12462517.
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