前沿进展：LNP的肝脏外器官靶向

近期，研究人员开发出SORT (Selective Organ Targeting) LNP，可通过在传统LNP的四组分中加入一种额外的永久阳离子脂质（DOTAP、DDAB或EPC）来达到肺部靶向的目标。

这种肺部靶向LNP可以转染肺部40%的上皮细胞、65%的内皮细胞和20%的免疫细胞。如果SORT LNP中脂质的50%都由DOTAP组成，LNP会全部靶向肺部并诱导PTEN编辑。9A1P9-DDAB iPLNP也是一种针对肺部进行转染的LNP，能够转染约4%的内皮细胞、20%的上皮细胞和13%的免疫细胞，同时在肺部表现出高mRNA表达（图1a）。

如果需要保留LNP的四传统组分的特征，可以用永久阳离子脂质成分代替辅助脂质，以将嗜性从肝脏转移到肺部。例如，用DOTAP代替DOPE会使肝脏与肺部的蛋白表达比从36:1变为1:56。

此外，肺部的LNP靶向也可以通过将LNP的含酯linker的可电离阳离子脂质转化为含酰胺linker的可电离阳离子脂质实现。比如，306-N16B（一种含有酰胺linker的类脂质）LNP在全身性给药后仅将mRNA递送至肺部。此外，N系列LNP的胺头部基团化学结构也会影响其亚细胞转染效率。例如当与Cre mRNA复合时，306-N16B LNP转染了约33.6%的肺内皮细胞，而113-N16B LNP则能够将mRNA递送至约69.6%的肺内皮细胞（图1b）。

LNP肺部靶向的另一个重要路径是通过吸入给药，有研究表明，提升吸入给药的LNP中PEG修饰脂质的摩尔浓度能够有效提高mRNA-LNP在肺部的表达。

次级淋巴器官 (SLO) ，包括脾脏和淋巴结，在启动适应性免疫中起着关键作用。将RNA递送到SLO中的免疫细胞可实现针对癌症或自身免疫性疾病的免疫疗法。

SORT LNP可通过将阴离子脂质（如14PA、18BMP、18PA）掺入四组分LNP配方中来实现脾脏靶向。

脂质摩尔浓度占比达到30%的18PA LNP能够特异性的靶向脾脏，分别转导B细胞、T细胞和巨噬细胞群的12%、10%和20%。利用18PA SORT LNP共递送Cas9 mRNA和sgPTEN实现在脾脏内的PTEN编辑。相比于9A1P9，使用10A1P16制备的脾选择性iPLNP (10A1P16-MDOA) 递送效率更佳，这些iPLNP转染了大约30%的巨噬细胞和6%的B细胞。

如果需要保留LNP的四传统组分的特征，可以用阴离子脂质成分代替辅助脂质，以将嗜性从肝脏转移到脾脏。例如，用磷脂酰丝氨酸 (PS) 代替DOPE可将肝脏与脾脏的蛋白表达比从8:1变为1:3。利用仿生策略，向LNP中添加PS可促进吞噬细胞的内吞活性，从而促进单核细胞/巨噬细胞对PS-LNP的摄取。然后，这些单核细胞/巨噬细胞作为PS-LNP的载体发挥作用，将它们递送给SLO。

由于脾脏中含有丰富的免疫细胞，脾脏也是许多工程化免疫细胞治疗的关键靶点。近期，有研究人员报道了使用含咪唑的类脂质制备LNP以靶向脾脏，这使得该LNP能够在静脉给药后在体内特异性地将mRNA递送到免疫细胞，包括CD8+T淋巴细胞。使用含咪唑的类脂质的LNP作为Cre mRNA的递送载体，实现了小鼠CD8+T淋巴细胞内8.2%的基因重组。采用靶向脾脏的SORT mRNA-LNP转染脾脾脏T细胞并产生原位CAR-T细胞，从而提高小鼠的存活率并减少肿瘤的肝脏转移。

将RNA递送到淋巴结以调节免疫细胞治疗疾病同样具有非常重要的意义。在最近的一项研究中，研究人员报道了通过皮下给药将癌症抗原mRNA特异性递送到淋巴结，从而刺激强大的免疫反应以消除癌症。这是通过使用含有合成类脂质113-O12B的LNP来实现的。

骨骼被认为是治疗多种疾病基因治疗的关键靶点。例如，患病的造血干细胞 (HSC) 位于骨髓中，会导致血液和免疫疾病。因此骨靶向也是LNP肝脏外靶向的重要靶点之一。然而，由于血液-骨髓界面的物理屏障以及药物本身对骨矿物质的低亲和力，全身给药LNP的作用非常有限。

最近有研究选择将CD117抗体耦联在LNP表面。在这项研究中，在对小鼠静脉给药后，CD117 LNP可以将siRNA和mRNA递送到HSC，Cre mRNA的递送使得约90%的造血干细胞和祖细胞完成了体内基因重组。

在另一项研究中，CD117 LNP促进了碱基编辑系统向骨髓的递送，导致造血镰状细胞几乎完全恢复正常。

为了解决骨靶向的生物屏障，有研究人员设计了一系列对骨矿物质具有高亲和力的二磷酸类脂质材料。他们发现二磷酸LNP增强了mRNA-LNP向骨骼的递送。在经过高通量筛选之后，含有低聚物-脂质7C1、PEG-脂质、胆固醇和辅助脂质的BM1 LNP被鉴定为表现出骨髓嗜性。有趣的是，骨髓嗜性受PEG-脂质的化学性质（PEG的烷基长度和分子量）以及配方中是否含有胆固醇控制，而不受LNP大小决定。BM1 LNP能够特异性地将ICAM-2 siRNA和sgRNA递送到骨髓内皮细胞 (BMEC) ，造成37%的基因沉默和15%的插入缺失。

如何跨过血脑屏障 (BBB) 是使用LNP对脑部细胞进行核酸递送的重大挑战。

在一项研究中，糖基化聚合物纳米颗粒可以穿过BBB，并在禁食条件下通过葡萄糖转运蛋白1 (Glut1) 介导的转运将siRNA递送到大脑。这一策略的应用可谓是前景广泛。

最近，研究人员发现含有阳离子辅助脂质的LNP可以在腹膜内给药后将mRNA递送到胰腺并产生稳健和特异性的蛋白质表达（图4）。

在产生胰岛素的β细胞中观察到主要的蛋白质表达。此外，研究还表明，腹膜巨噬细胞外泌体分泌的水平在基因转移的过程中决定了向胰腺的mRNA-LNP递送。

文中实验数据图片均来自参考文献: Song D, Zhao Y, Wang Z, Xu Q. Tuning Lipid Nanoparticles for RNA Delivery to Extrahepatic Organs. Adv Mater. 2024 Sep 5:e2401445. doi: 10.1002/adma.202401445.