脂质纳米颗粒（LNP）递送技术的发展是RNA治疗领域中的关键突破，这一成功推动了多种LNP系统的发展。在发展过程中，传统胺基LNP系统带来的问题凸显了对新型脂质体系的需求，即能够在实现高效mRNA递送的同时增强免疫激活。在此背景下，胍基脂质（guanidine-based lipids）因其独特的化学性质而成为一种有前景但尚未充分研究的替代方案。为解决胍基载体在体内mRNA递送中的应用受限问题，深圳湾实验室李茂课题组提出了可离子化胍基脂质的设计策略，传统LNP存在肝脏靶向的局限性，可离子化胍基脂质的设计策略可以实现良好的脾脏靶向并且增强免疫激活，使其在生理pH下保持中性或微负电性，在酸性环境下质子化，实现pH响应型递送。基于此原理，深圳湾实验室李茂课题组构建了一种新型胍基LNP（G-LNP）平台，能够高效实现体内mRNA递送。

脂质纳米颗粒（LNP）递送技术的发展是RNA治疗领域中的关键突破。该技术在针对严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的mRNA疫苗中获得成功，凸显出LNP相较于其他递送方法的优越性。

这一成功推动了多种LNP系统的发展，用于治疗感染性疾病、遗传性疾病以及癌症等多种病症。其中，基于mRNA的癌症免疫治疗因其可诱导特异性免疫反应、靶向清除肿瘤细胞而成为极具前景的治疗策略。

要实现有效的癌症免疫治疗，关键在于将mRNA疫苗高效递送至免疫相关器官（如脾脏），以启动强有力的抗肿瘤免疫应答。该过程依赖于抗原编码mRNA的高效翻译以及其被免疫细胞呈递。传统的LNP通常采用胺基脂质（amine lipids），如二级或三级胺，通过在酸性内体环境中质子化，实现pH响应型mRNA释放。

这种设计虽然在肝脏mRNA递送中表现出色，但限制了mRNA在免疫相关器官与免疫细胞中的系统性递送。因此，传统胺基LNP系统在脾脏靶向递送与抗原呈递效率上表现不佳。尽管已有研究尝试通过表面修饰改善器官靶向性，但对增强细胞内mRNA翻译和抗原呈递的关注仍不足。

这些问题凸显了对新型脂质体系的需求，即能够在实现高效mRNA递送的同时增强免疫激活。在此背景下，胍基脂质（guanidine-based lipids）因其独特的化学性质而成为一种有前景但尚未充分研究的替代方案。

与胺基相比，胍基阳离子除静电作用外，还能形成双齿氢键（bidentate hydrogen bonds），从而增强与带负电生物分子（如mRNA与细胞膜）的结合能力。这一特性已在聚合物、肽和纳米颗粒等多种生物材料中证明可提升细胞摄取与递送效率。

特别地，胍基修饰的纳米颗粒已被证实可增强抗原摄取与树突状细胞（dendritic cell, DC）的活化，而这些过程对免疫应答至关重要。

然而，胍基载体在体内mRNA递送中的应用仍受限，主要原因在于其高正电荷密度（胍阳离子pKa约13）会导致非特异性结合及系统性毒性。

为解决这一问题，深圳湾实验室李茂课题组提出了可离子化胍基脂质的设计策略，使其在生理pH下保持中性或微负电性，在酸性环境下质子化，实现pH响应型递送。基于此原理，深圳湾实验室李茂课题组构建了一种新型胍基LNP（G-LNP）平台，能够高效实现体内mRNA递送。

尤其是其中一种无胆固醇的三组分G-LNP体系在静脉注射后表现出显著的脾脏靶向性，能够有效将抗原编码mRNA递送至APCs，诱导强效免疫反应并提供出色的抗肿瘤保护。此外，经腹腔注射的G-LNP还可在胰腺等组织中实现高效mRNA表达，展现了其器官特异性递送潜力。因此，胍基LNP代表了一种在器官靶向mRNA递送与癌症免疫治疗中具有广阔应用前景的新平台。

G-LNP通过诱导抗原特异性免疫应答，显著增强T细胞活化率实现高效肿瘤预防及治疗效果

本研究首先设计并合成了具有胍基-羰基-吡咯（guanidino-carbonyl-pyrrole, GCP）功能基的脂质（GL脂质）。GCP单元可与含氧阴离子形成多重氢键，并已用于修饰肽和聚合物以提高体外DNA转染效率。此外，GCP单元具有较低的pKa值（约7），可在细胞内酸性环境下表现出pH响应特性。通过两步合成路线，我们共制备了9种带有GCP头基的脂质，疏水尾基通过酯键与头基连接。

研究人员首先采用含萤火虫荧光素酶mRNA的四组分LNP体系在HeLa细胞中筛选最有效的脂质。结果表明，GL1、GL3和GL5三种脂质的mRNA递送能力优于其他候选脂质。随后，研究团队借助正交筛选方法优化各组分的摩尔比，并基于32种配方系统评估其mRNA递送效率。

结果发现，多种GL1、GL3和GL5配方的递送效率均超过当前mRNA递送基准体系SM102。其中，具有较长疏水尾的GL5 LNP表现最佳，其递送效率是SM102 LNP的两倍以上。

值得注意的是，即使在不含胆固醇的三组分体系中，GL3-3、GL3-4和GL5-3等配方依然表现出卓越的mRNA递送性能，效率可与甚至超过SM102 LNP。此外，研究还系统考察了LNP与mRNA的质量比对递送效率的影响，结果显示40:1的质量比表现最佳，因此在后续实验中采用该比例进行研究。

原文信息：

Ionizable guanidine-based lipid nanoparticle for targeted mRNA delivery and cancer immunotherapy

文章来源|李茂课题组

编辑|鲍 鲍

责编|远 山

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