▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊編輯如今，世界上成百上千萬人已經(jīng)接種了基于mRNA技術(shù)開發(fā)的新冠疫苗。它們在幫助人們產(chǎn)生對新冠病毒的免疫力，控制新冠疫情的蔓延方面起到了舉足輕重的作用。這種疫苗的一個關(guān)鍵元素是mRNA，這種遺傳物質(zhì)能夠讓我們自己身體中的細(xì)胞生成新冠病毒蛋白，從而激發(fā)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對新冠病毒的免疫反應(yīng)，從而預(yù)防未來可能發(fā)生的感染。這個過程說起來簡單，但是想讓mRNA穿過細(xì)胞膜達(dá)到細(xì)胞內(nèi)部卻不是一件容易的事。基于mRNA的新冠疫苗之所以能夠在新冠病毒基因組序列發(fā)布后不到一年里就獲得了成功，得益于研究人員在脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送技術(shù)上長達(dá)幾十年的努力。今天藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊將與讀者介紹這個保護(hù)mRNA，幫助它們進(jìn)入人體細(xì)胞，然后又協(xié)助它們指導(dǎo)細(xì)胞生成病毒蛋白的“好幫手”——脂質(zhì)納米顆粒。可以說，沒有它就沒有現(xiàn)在的mRNA新冠疫苗。
mRNA疫苗中的mRNA編碼著新冠病毒表面的抗原蛋白，如果能夠與人體細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)生產(chǎn)蛋白的核糖體相結(jié)合，就能夠“指揮”核糖體生成病毒蛋白。不過mRNA是一種非常脆弱的分子，在我們的日常環(huán)境和身體中有很多酶能夠迅速將它們降解，這是將mRNA遞送到細(xì)胞內(nèi)部需要解決的第一個障礙。而且，mRNA鏈?zhǔn)且粋€帶有負(fù)電荷的長鏈大分子。在人體的細(xì)胞表面有一層也帶有負(fù)電荷的細(xì)胞膜，mRNA分子沒法輕易穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。這些障礙也是mRNA技術(shù)早期開發(fā)時，很多科學(xué)家認(rèn)為它不可能成功的原因。脂質(zhì)納米顆?！獙RNA送進(jìn)細(xì)胞的載體 
▲脂質(zhì)納米顆粒結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源：參考資料[3]）如今在mRNA新冠疫苗中使用的LNP包含了這一技術(shù)在過去三十年中積累的多種創(chuàng)新。因為mRNA帶有負(fù)電荷，所以會受到同樣帶有負(fù)電荷的細(xì)胞膜的排斥。所以，研究人員使用了攜帶正電荷的脂質(zhì)分子（上圖中的粉色分子）來幫助LNP進(jìn)入細(xì)胞。然而，帶有正電荷的脂質(zhì)分子具有一定毒性，用量過多可能導(dǎo)致細(xì)胞膜被破壞，從而殺傷健康細(xì)胞。早期利用攜帶正電荷的脂質(zhì)分子構(gòu)建的納米顆粒或者脂質(zhì)體經(jīng)常因為毒副作用而中止開發(fā)。LNP技術(shù)的一個突破是使用了被稱為“可離子化的脂質(zhì)分子”（ionizable lipids，上圖中的綠色分子）。它的極性隨著pH值的變化會改變，在低pH值的環(huán)境中，它攜帶正電荷，這讓它們可以與mRNA形成復(fù)合體，起到穩(wěn)定mRNA的作用。然而在生理pH值時，它是中性的，這減少了它的毒副作用。在LNP的外圍，還包裹著受到聚乙二醇修飾的脂質(zhì)分子（PEGylated lipid），聚乙二醇（PEG）的修飾具有多種功能，它能夠防止LNP聚集在一起，控制LNP顆粒的大小，并且在最初可以起到防止LNP被人體的免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的作用。此外，LNP中還包含著膽固醇和其它輔助脂質(zhì)分子，協(xié)助構(gòu)成LNP的完整結(jié)構(gòu)。
▲LNP攜帶的mRNA疫苗進(jìn)入細(xì)胞，并且釋放mRNA指導(dǎo)蛋白合成的示意圖（圖片來源：參考資料[3]）LNP在碰到細(xì)胞膜時會被細(xì)胞吞入到細(xì)胞內(nèi)形成稱為內(nèi)體（endosome）的囊泡。在細(xì)胞內(nèi)部，內(nèi)體的pH值會降低，導(dǎo)致可離子化的脂質(zhì)分子攜帶正電荷，這會改變LNP的構(gòu)象，促使mRNA從內(nèi)體中解脫出來，然后它們就可以與負(fù)責(zé)生產(chǎn)蛋白的核糖體結(jié)合，指導(dǎo)病毒蛋白的合成了。脂質(zhì)納米顆粒遞送技術(shù)的“復(fù)興” 在mRNA新冠疫苗得到廣泛使用之前，美國FDA已經(jīng)批準(zhǔn)過使用LNP技術(shù)遞送的RNAi療法。2018年，由Alnylam公司開發(fā)的RNAi療法Onpattro（patisiran）就使用了LNP技術(shù)遞送治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR）患者的RNAi療法。不過作為每三周就需要輸注一次的療法，患者仍然需要服用多種抗炎癥藥物來減少對LNP的不良反應(yīng)。Alnylam也轉(zhuǎn)向使用偶聯(lián)技術(shù)來開發(fā)新一代皮下注射的RNAi療法。而輝瑞/BioNTech和Moderna新冠疫苗的成功激發(fā)了進(jìn)一步優(yōu)化LNP技術(shù)的熱情。有效的LNP遞送技術(shù)不但對新的mRNA疫苗開發(fā)非常關(guān)鍵，它還具有遞送mRNA療法、基因療法，以及CRISPR基因編輯療法的潛力。除了提高LNP的遞送效率和降低LNP的毒性，靶向遞送到人體中的特定組織和細(xì)胞是這一領(lǐng)域需要克服的下一個挑戰(zhàn)。目前，大多數(shù)靜脈注射的LNP會聚集到肝臟，肌肉注射的疫苗能夠被免疫細(xì)胞攝入，但是LNP還不能特異性地將藥物遞送到身體其它部位的大部分組織中。不過近日，由諾貝爾化學(xué)獎得主Jennifer Doudna博士聯(lián)合創(chuàng)建的Intellia Therapeutics公司宣布，該公司開發(fā)的LNP能夠特異性地將CRISPR基因編輯療法遞送到骨髓中，從而增強(qiáng)對造血干細(xì)胞和骨髓細(xì)胞的基因編輯。我們期待LNP技術(shù)在mRNA新冠疫苗開發(fā)方面的成功能夠激發(fā)這一領(lǐng)域的進(jìn)一步突破，促進(jìn)mRNA療法、基因療法以及基因編輯療法等多種創(chuàng)新治療模式的開發(fā)。參考資料： [1] Without these lipid shells, there would be no mRNA vaccines for COVID-19. Retrieved April 27, 2021, from https://cen./pharmaceuticals/drug-delivery/Without-lipid-shells-mRNA-vaccines/99/i8 [2] Let’s talk about lipid nanoparticles. Retrieved April 27, 2021, from https://www./articles/s41578-021-00281-4 [3] Aldosari et al., (2021). Lipid Nanoparticles as Delivery Systems for RNA-Based Vaccines. Pharmaceutics, https:///10.3390/pharmaceutics13020206. 注：本文旨在介紹醫(yī)藥健康研究進(jìn)展，不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導(dǎo)，請前往正規(guī)醫(yī)院就診。
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