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研究背景
自新冠疫情以来，脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）作为mRNA疫苗递送系统大放异彩，全球超10亿人接种了基于LNP的mRNA疫苗。LNP不仅能高效递送RNA，还因其良好的安全性成为RNA药物开发的主流平台。但随着LNP应用范围的拓展，研究者发现LNP在非疫苗场景下（如治疗癌症、罕见病等）会引发强烈炎症反应，甚至加重原有炎症，成为LNP药物开发的重大障碍。
近期，发表于Nat Nanotechnol杂志的题为Limiting endosomal damage sensing reduces inflammation triggered by lipid nanoparticle endosomal escape的研究论文，揭示了LNP诱导炎症的分子机制，并探索如何通过分子设计或信号通路干预，实现高效、低炎症的LNP递送系统，为RNA药物安全性提升提供理论和实践依据。
【期刊】Nature Nanotechnology
【IF值】34.9
【DOI】10.1038/s41565-025-01974-5
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主要发现与创新点总结
1. LNP内涵体逃逸导致内涵体膜损伤，触发炎症
LNP递送RNA时，必须通过“内涵体逃逸”将RNA释放到细胞质中。这一过程会在内涵体膜上形成“孔洞”，导致内涵体内容物（如蛋白酶、质子、ROS等）泄漏到胞质，激活炎症反应。
2. 炎症反应的强弱与“孔洞”大小密切相关
大孔洞：不可修复，招募胞质蛋白“半乳凝素（galectins）”，激活下游炎症信号。
小孔洞：可被ESCRT（内涵体分选复合体）修复，炎症反应弱。
3. 抑制半乳凝素可显著降低LNP诱导的炎症
通过小分子抑制剂（如thiodigalactoside, TG）或CRISPR敲除半乳凝素，能有效阻断LNP诱导的炎症反应，且不影响RNA表达。
4. 特定结构的离子化脂质可诱导“可修复小孔洞”，实现高效低炎症递送
研究发现一类独特的离子化脂质（如4A3-SC8）能形成小而可修复的孔洞，既保证RNA高表达，又极大降低炎症。这类脂质结构上含有多尾、酯键和硫醚，易于降解，促进ESCRT介导的修复。
5. 两种策略可实现“高效+低炎症”LNP递送
策略一：抑制半乳凝素——阻断大孔洞感知，减少炎症。
策略二：设计ESCRT招募型离子化脂质——诱导小孔洞，促进修复，天然低炎症。
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实验设计与主要数据
1 ）LNP诱导炎症的普遍性
在小鼠、猪等多种动物模型中，LNP递送mRNA均可引发严重炎症，表现为肺组织“肝样变”、BAL液蛋白和白细胞显著升高，炎症因子（IL-6、TNF-α等）大幅上调。空载LNP（无RNA）、PSS-LNP（模拟RNA负电荷）同样能诱发炎症，甚至比mRNA-LNP更强，说明炎症主要源自脂质。
图1 LNPs通过气管内或静脉注射的方式，在体外多种细胞类型和体内不同物种中均能引发炎症反应。
2 ）炎症强度与离子化脂质结构相关
作者筛选15种主流离子化脂质，合成相应LNP用于包裹Fluc mRNA观察其表达情况，实验发现RNA表达量与炎症强度普遍呈正相关关系，如高表达脂质cKK-E12、C12-200、98N12-5表现出更高的炎症因子（IL-6、TNF-α等）上调。而4A3-SC8却是个“例外”，即4A3-SC8合成的LNP递送的mRNA表现出高表达但低炎症的特征。
图2 LNP诱导的炎症依赖于可电离脂质，并与mRNA表达呈正相关。
3 ）内涵体损伤分级：孔洞大小决定炎症水平
作者采用pH敏感染料AO染色法（在酸性囊泡如内体中，AO被质子化后呈现红色荧光，而在非酸性环境如细胞质或细胞核中，AO则会发出绿色荧光）、免疫荧光等手段，证实LNP或阳性对照LLOMe（已知的溶酶体促剂，可严重损害内体膜）处理后可提高AO绿色荧光平均强度，同时降低AO的红色荧光，表明大量内体受损。这种高比例的受损内体表明RNA通过内体途径逃逸时，往往伴随着大量内体结构损伤。
为进一步探究脂质纳米颗粒（LNPs）引发的内体损伤特性，作者将方向锁定在病原体诱导的内体损伤机制上。微生物学已有研究表明，当大号内体破裂时，会募集半乳糖凝集素，引起炎症反应。而较小的内体破裂则会介导ESCRT复合体的募集，促进内体修复。作者分别用LLOMe或经Dlin-MC3-DMA、4A3-SC8或cKK-E12合成的LNPs处理RAW巨噬细胞，并用半乳凝素-9或ALIX（指示ESCRT蛋白）染色。结果表明高炎症LNP（cKK-E12）引发最高水平的半乳凝素募集，而4A3-SC8 LNPs则显著招募ESCRT复合体，提示其诱导可修复的小孔洞。由此揭示上述4A3-SC8作为“例外”的潜在机制，即4A3-SC8合成的LNP在胞内诱导大量“小而可修复”的内体孔洞，既保证RNA释放，又能避免过多炎症反应，成为“理想型”LNP脂质。
图3 RNA有效载荷从内体中逸出会引发不同类别的内体损伤。
4 ）抑制galectin可消除LNP炎症
鉴于LNP诱导的炎症与半乳糖凝集素向内体募集存在相关性，作者推测抑制半乳糖凝集素可能阻断其介导的炎症启动。使用半乳凝素抑制剂TG测试其对cKK-E12 LNPs诱导的炎症效果，结果显示在体内外实验中TG处理后均显著降低炎症因子水平，减少白细胞浸润。
图4 用半乳糖抑制剂TG抑制严重内体损伤，可改善LNP在体内外诱导的炎症反应。
5 ）ARDS模型中的应用
最后作者在RAW 264.7巨噬细胞体外实验中，发现使用TG预处理可使Fluc mRNA表达增加2倍以上（图5a）。当通过小鼠气管内同时给药TG和LNP时，TG预处理不会降低肺部的表达水平（图5b）。而通过静脉注射TG和LNP时，TG预处理可使肝脏和脾脏的mRNA表达分别提升~2.7倍和~2.4倍（图5c）。
作者接着采用4A3-SC8 LNPs或TG+常规LNP递送IL-10 mRNA验证急性呼吸窘迫综合征（ARDS）小鼠模型的治疗效果。载有IL-10 mRNA的4A3-SC8 LNPs和载有TG-+-IL-10 mRNA的cKK-E12 LNPs可分别诱导IL-10表达上调~40倍和~60倍（图5g），抑制白细胞浸润（图5e）和毛细血管渗漏（图5f)，改善肺损伤。
图5 抑制内体炎症对mRNA表达有积极影响，非炎症性LNPs可消除ARDS。
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科学意义与应用前景
本文首次系统揭示LNP递送RNA时，内涵体膜损伤的“感知”机制是炎症反应的关键，并明确了“孔洞大小”决定炎症强度。提出“半乳凝素-ESCRT”双通路调控内涵体损伤后细胞命运的新模型。提供了两条实现高效低炎症LNP递送的可行路径：分子抑制（半乳凝素）+结构优化（ESCRT招募脂质），为RNA药物在炎症性疾病（如ARDS、心梗、脑卒中等）中的应用扫清安全性障碍，同时为LNP药物开发提供了明确的分子设计原则和干预靶点，有望推动RNA药物在更广泛疾病领域的临床应用。
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