近年来，mRNA技术的迅猛发展为疫苗、癌症免疫治疗、基因编辑等领域带来了革命性的突破。然而，mRNA药物的临床应用仍面临诸多挑战，其中最关键的瓶颈之一便是如何高效地将mRNA递送至细胞质内。尽管脂质纳米颗粒（LNPs）已成为目前最成功的mRNA递送载体，但其内体逃逸效率仍然较低，严重限制了mRNA药物的疗效。

近日，发表在Nature Communications 杂志上的一项研究提出了一种全新的结构引导设计策略，成功开发出一种名为ecoLNPs（endosomolytic chloroquine-like optimized lipid nanoparticles）的氯喹类脂质纳米颗粒。该研究由南方科技大学和深圳市人民医院的研究团队合作完成，首次将经典药物氯喹的结构特征与可电离脂质相结合，创造出具有强大内体逃逸能力的mRNA递送平台。

【期刊】Nature Communications

【IF值】15.7

【DOI】10.1038/s41467-025-59501-y

文章中论证ecoLNPs体内递送基因编辑效率所用Cre mRNA(R1030)、Cas9 mRNA(R1015) 、表达对照EGFP mRNA(R1016)以及用于检测内体逃逸的Cy5标记mRNA均由APExBIO提供。

氯喹是一种经典的抗疟药物，已被广泛用于临床数十年。研究发现，氯喹具有独特的内体逃逸特性，能够促进共递送的核酸分子从内体释放到细胞质中。然而，氯喹本身并不能直接作为递送载体使用，仅能作为辅助剂发挥作用。

研究团队因此提出了一个创新的假设：如果将氯喹的关键结构特征（喹啉环、离子化氨基、疏水脂质尾链）与现有的离子化脂质相结合，应能够创造出一种全新的、具有内体逃逸能力的脂质载体。

研究团队首先将氯喹的结构分为三个模块：喹啉环骨架（scaffold）、离子化氨基连接基团（linker）以及疏水脂质尾链（tail），之后通过模块化组合，研究人员构建了一个包含45种不同结构的氯喹类脂质（Clls）库，并通过高通量筛选和优化，最终确定了一种名为CF3-2N6-UC18的最佳脂质结构。

图1 Clls的模块化设计与合成

研究团队接下来通过中心复合设计（CCD）法对脂质纳米颗粒的配方进行了系统优化，最终筛选确定基于CF3-2N6-UC18合成的ecoLNPs的最佳配方：CF3-2N6-UC18脂质与mRNA的重量比为4:1，CF3-2N6-UC18 : DOPE : 胆固醇 : DMG-PEG2k的摩尔比为15.2 : 38.2 : 45.8 : 0.8。

图2 使用CCD优化mRNA配方

团队经实验发现，基于CF3-2N6-UC18的ecoLNPs具有以下突出特点：

另外，与商业化转染试剂Lipofectamine 2000和MessengerMAX相比，ecoLNPs的mRNA递送效率最高可提高18.9倍。

图3 ecoLNPs的物理化学性质及mRNA递送性能表征

研究团队进一步探讨了ecoLNPs的内体逃逸机制，通过Cy5标记mRNA（红色）和溶酶体荧光酸性探针LysoTracker（绿色）共定位表征内体逃逸效率（图4 c-f），发现其主要通过以下两种机制发挥作用：

这种双重机制显著提高了ecoLNPs的内体逃逸效率，远超传统脂质载体。

图4 ecoLNPs的内体逃逸机制

研究团队最后评估了ecoLNPs在小鼠体内的递送性能，发现ecoLNPs具有以下突出优势：

此外，研究团队还验证ecoLNPs在基因编辑领域的应用潜力，在Ai9转基因小鼠中，肌肉注射ecoLNPs递送Cre mRNA后，成功激活了tdTomato荧光蛋白的表达，证实了ecoLNPs能够高效递送功能性mRNA（图5 e,g）。通过ecoLNPs共递送Cas9 mRNA和gRNA，成功实现了Ai9小鼠基因组的精准编辑（图5 f,h），进一步证实了ecoLNPs在基因编辑领域的巨大潜力。

图5 ecoLNPs介导的mRNA体内传递效果

本研究首次提出了结构引导设计的氯喹类脂质纳米颗粒（ecoLNPs），通过模块化设计和系统优化，成功实现了高效的mRNA递送与基因编辑。ecoLNPs的出现，不仅为mRNA药物的递送提供了全新的解决方案，也为未来疫苗开发、基因治疗和精准医学提供了强大的技术支撑。未来，随着ecoLNPs的进一步优化和临床转化，我们有理由相信，这一创新技术将为人类健康带来更多福祉。