前言

mRNA作為一種中間載體，能夠?qū)�DNA中的遺傳密碼傳遞到核糖體中進行蛋白質(zhì)表達，在疫苗、蛋白質(zhì)替代治療和基因編輯等方面具有巨大的潛力。與傳統(tǒng)的小分子和蛋白藥物相比，基于mRNA的療法在安全性、效力和制備方面都顯示出一些特定的優(yōu)勢。

然而，盡管mRNA具有這些潛在的優(yōu)勢，但如何安全高效且和穩(wěn)定地進行細胞內(nèi)遞送仍然是mRNA的一個重要障礙。近年來，納米生物技術(shù)取得了重大進展，為開發(fā)mRNA納米載體提供了重要的工具。納米載體系統(tǒng)可直接用于在生物微環(huán)境中裝載、保護和釋放mRNA，并可用于刺激mRNA翻譯以制定更有效的干預策略。因此，設(shè)計新一代的納米材料將可能引發(fā)了mRNA技術(shù)的革命。

脂質(zhì)納米顆粒（LNP）

脂質(zhì)納米顆粒是臨床上最先進的mRNA載體。LNP為mRNA遞送提供了許多好處，包括制劑簡單、模塊化、生物相容性和較大的mRNA有效載荷容量。除RNA藥物外，LNP通常包括四種成分，可電離脂質(zhì)、膽固醇、輔助磷脂和聚乙二醇化脂質(zhì)，它們共同封裝和保護脆弱的mRNA。

可電離脂質(zhì)與mRNA在酸性緩沖液中形成納米顆粒，使脂質(zhì)帶正電荷并吸引RNA。此外，它們在內(nèi)涵體的酸性環(huán)境中帶正電荷，這促進了它們與內(nèi)涵體膜的融合，將其釋放到細胞質(zhì)中。

DODAP和DODMA是第一種用于RNA輸送的可電離脂質(zhì)。通過設(shè)計提高DODMA的功效，產(chǎn)生了DLin-MC3-DMA。這是第一個FDA批準的藥物制劑中使用的可電離脂質(zhì)：siRNA藥物patisiran（Onpattro）。除了有效且安全地遞送siRNA外，DLin-MC3-DMA還用于mRNA的遞送。

目前，學術(shù)界和工業(yè)界的許多團體使用組合反應方案來合成潛在的傳遞材料，這種方法產(chǎn)生了許多有效的脂質(zhì)，包括C12-200、503O13、306Oi10、OF-02、TT3、5A2-SC8、SM-102（用于抗SARS-CoV-2的Moderna疫苗mRNA-1273）和ALC-0315（用于輝瑞疫苗BNT162b2）。

除了尋求提高療效外，人們越來越關(guān)注提高藥物的特異性，特別是對疫苗和免疫療法的特異性。含有多環(huán)金剛烷尾的脂質(zhì)11-A-M58，和含有環(huán)咪唑頭的脂質(zhì)93-O17S59，已被設(shè)計用于體內(nèi)靶向T細胞。盡管機制尚不清楚，但這些脂質(zhì)的環(huán)狀基團對于靶向T細胞至關(guān)重要。

盡管電離脂質(zhì)可以說是LNP最重要的成分，但其他三種脂質(zhì)成分（膽固醇、輔助脂質(zhì)和聚乙二醇化脂質(zhì)）也促進了納米粒子的形成和功能。膽固醇是一種天然存在的脂質(zhì)，它通過填充脂質(zhì)之間的空隙來增強納米顆粒的穩(wěn)定性，并有助于在攝取到細胞的過程中與內(nèi)涵體膜融合。

輔助脂質(zhì)通過促進有助于膜與內(nèi)涵體融合的脂質(zhì)相變來調(diào)節(jié)納米顆粒的流動性并增強功效。最佳輔助脂質(zhì)的選擇取決于可電離脂質(zhì)材料和RNA載體。例如，對于類脂質(zhì)材料，飽和輔助脂質(zhì)（如DSPC）最適合傳遞短RNA（如siRNA），而不飽和脂質(zhì)（如DOPE）最適合傳遞mRNA 。DSPC已被用于FDA批準的SARS-CoV-2疫苗mRNA-1273和BNT162b2中。

LNPs的聚乙二醇化脂質(zhì)成分由聚乙二醇（PEG）與錨定脂質(zhì)（如DMPE或DMG）結(jié)合而成。親水性PEG可以穩(wěn)定LNP，通過限制脂質(zhì)融合調(diào)節(jié)納米顆粒大小，并通過減少與巨噬細胞的非特異性相互作用增加納米顆粒半衰期。mRNA-1273和BNT162b2 SARS-CoV-2疫苗均含有聚乙二醇化脂質(zhì)。

聚合物和聚合物納米顆粒

盡管臨床進展不如LNP，但聚合物具有與脂質(zhì)相似的優(yōu)勢，能夠有效傳遞mRNA。基于聚合物的遞送系統(tǒng)由三種聚合物組成，包括陽離子聚合物、樹枝狀聚合物和多糖聚合物。陽離子聚合物將核酸濃縮成具有不同形狀和大小的復合物，可通過內(nèi)吞作用進入細胞。

聚乙烯亞胺是研究最廣泛的核酸傳遞聚合物。盡管其功效卓越，但由于其高電荷密度，其毒性限制了應用。此外，已經(jīng)開發(fā)出幾種毒性較小的可生物降解聚合物。例如，聚（β-氨基酯）在mRNA傳遞方面表現(xiàn)出色，尤其是對肺。

最近開發(fā)出了一種新型的含脂聚合物，稱為電荷改變可釋放轉(zhuǎn)運體（CARTs），它能有效地靶向T細胞，操縱T細胞是非常困難的，因此，CART 是一種極具吸引力的傳遞材料，在mRNA疫苗和基因治療領(lǐng)域具有巨大潛力。

脂質(zhì)體多聚復合物

脂質(zhì)體多聚復合物（LPP）納米遞送平臺是一種雙層結(jié)構(gòu)，以聚合物包裹的mRNA分子為核心，包裹在磷脂的雙層外殼中。作為一種非病毒基因遞送載體，LPP結(jié)合了聚合物和脂質(zhì)體的優(yōu)點，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、降低的細胞毒性、高基因轉(zhuǎn)染效率以及隨著聚合物降解而逐漸釋放mRNA分子的能力。

病毒樣納米顆粒

病毒樣納米顆粒（VLP）遞送系統(tǒng)是病毒載體和非病毒載體之間的中間體。這些顆粒含有病毒載體的大部分成分，如包膜和衣殼，但沒有病毒基因組。通過病毒工程技術(shù)，可以使mRNA結(jié)構(gòu)和病毒衣殼結(jié)構(gòu)蛋白之間特異性識別，從而形成VLP‐mRNA。VLP‐mRNA可以在病毒衣殼和mRNA自身瞬時表達的幫助下有效感染細胞。研究表明，與長時間表達Cas9的病毒系統(tǒng)相比，由VLP‐mRNA遞送的Cas9 mRNA只能存在72小時。因此，脫靶效應的影響可以顯著減少。

Cas9 mRNA的VLP遞送已成功開發(fā)出靶向VEGFa，并在年齡相關(guān)性黃斑變性小鼠模型中將新生血管面積減少63%。測序結(jié)果表明，VLP‐mRNA不會誘導脫靶效應。這些實驗結(jié)果有力地支持了VLP在提供CRISPR基因治療方面的臨床應用潛力。

仿生細胞膜包被納米顆粒

細胞膜包被載體可以模擬細胞膜的性質(zhì)，將天然細胞膜的特性與納米材料的特性相結(jié)合，從而顯著提高生物相容性，同時實現(xiàn)體內(nèi)長循環(huán)和靶向遞送。利用免疫細胞膜，如白細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等，已經(jīng)開發(fā)出一系列納米藥物載體。此外，腫瘤細胞和細菌也可以用來制備細胞膜偽裝的納米載體�？紤]到腫瘤細胞和細菌表面的特異性蛋白可以激活免疫系統(tǒng)并提高粘附力，這些新型藥物載體在mRNA藥物的功能遞送方面比傳統(tǒng)的納米載體更加多樣化。另外，利用細胞膜上的特異性識別蛋白可以實現(xiàn)靶向藥物遞送到病變部位，為顯著提高治療效果提供了一種新的策略。

無機納米材料

作為遞送載體的無機納米材料具有獨特的物理化學性質(zhì)，如優(yōu)異的儲存穩(wěn)定性、良好的生物相容性和易于制備，使其成為mRNA遞送的理想平臺。目前，無機納米結(jié)構(gòu)，包括量子點、二氧化硅納米顆粒（SNPs）、金納米顆粒（AuNP）以及碳基和磁性氧化鐵納米結(jié)構(gòu)，是納米醫(yī)學領(lǐng)域最受歡迎的類型。

AuNPs在遞送核酸藥物方面表現(xiàn)出獨特的特性。通過共價或非共價結(jié)合，功能部分，如核酸藥物和靶向配體，可以通過硫醇部分共價連接到金納米顆粒核心。AuNPs由于其可調(diào)節(jié)的尺寸、簡單的功能化、無毒性和免疫惰性，有望成為mRNA遞送的有吸引力的支架。研究顯示，編碼促凋亡因子Bcl-2相關(guān)X蛋白的mRNA被AuNPs包裹，顯示出高效的mRNA遞送和抑制異種移植物腫瘤的效力。

然而，無機納米材料在生物體內(nèi)的長期非特異性積累可能會導致毒性，從而阻礙其大規(guī)模臨床應用，因此需要進行詳細的毒理學評估。此外，開發(fā)可生物降解和可清除的無機納米材料至關(guān)重要。

基于外泌體的納米顆粒

外泌體是由多泡內(nèi)小體（MVBs）成熟過程中形成的管腔內(nèi)小泡（ILV）。當MVB與質(zhì)膜融合時，ILV被釋放到周質(zhì)空間，稱為外泌體。外泌體含有大量的特異性蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA、mRNA、非編碼微小RNA和酶，這是一種新的細胞間通訊模式。因此，外泌體可以作為信使mRNA遞送系統(tǒng)發(fā)揮作用。

與合成的納米顆粒相比，天然外泌體具有優(yōu)異的生物相容性和低免疫原性等優(yōu)異特性。此外，由于外泌體的體積較小，它可以抑制單核吞噬細胞的清除，并在實體瘤部位具有高滲透性和滯留作用，可以在靶點實現(xiàn)藥物積累。外泌體本身可以通過血腦屏障，將藥物輸送到大腦中。特別是鼻內(nèi)給藥可以促進藥物快速到達腦部病變，為腦部疾病的無創(chuàng)治療提供了可能。

外泌體作為mRNA疫苗的載體越來越受到關(guān)注，特別是針對腫瘤的mRNA疫苗，其表面含有MHC的DC衍生細胞外囊泡可增強患者的T細胞免疫應答。此外，與LNPs相比，無論在體內(nèi)外，外泌體在任何劑量下均無副作用。外泌體將功能性mRNA輸送至人類細胞，也顯示出比LNPs更好的性能。

除了作為mRNA藥物載體外，外泌體的表面功能化還可以實現(xiàn)靶向給藥。修飾的外泌體可以精確地將mRNA分子遞送到靶細胞或器官�？偟膩碚f，外泌體具有高度的生物相容性，具有巨大的臨床應用潛力，為mRNA藥物傳遞開辟了新的途徑。

參考文獻：

1. NanomaterialsformRNA‐based therapeutics: Challenges and opportunities. Bioeng TranslMed. 2023 May; 8(3): e10492.

2. mRNA vaccines for infectious diseases: principles, delivery and clinical translation. Nat RevDrug Discov. 2021 Aug 25 : 1–22.

3. Recent advances in mRNA vaccine technology. Curr Opin Immunol. 2020 Aug;65:14-20.

       原文標題 : mRNA納米載體