mRNA疫苗凭借快速研发、精准表达等优势，在传染病防控和肿瘤治疗领域展现出巨大潜力。然而，当前主流脂质纳米颗粒（LNPs）递送系统存在两大核心瓶颈：一是mRNA负载量极低，如Moderna和Pfizer的新冠疫苗中mRNA重量占比不足5%，导致脂质用量过高引发毒性反应；二是抗PEG抗体产生加速载体清除，削弱疫苗长效性。

近日，《Nature Communications》发表的一项突破性研究中，作者提出锰离子（Mn²⁺）介导的mRNA富集策略，构建新型L@Mn-mRNA疫苗平台，成功实现mRNA负载量翻倍，并且脂质用量减半，同时能显著提升免疫效果，为下一代mRNA疫苗开发提供了全新解决方案。文中所使用报告基因mRNA(R1012/R1016)由APExBIO提供。

IF值 15.7

DOI 10.1038/s41467-025-63965-3

研究团队创新性地提出“金属离子浓缩mRNA核心”策略，通过筛选不同金属离子与mRNA 的组装效率，解决传统LNPs负载量低的瓶颈。实验对比Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Mn²⁺四种金属离子，发现仅Mn²⁺和Zn²⁺能在温和条件下形成规则纳米结构（图 1F），并确认65℃加热5 min为最优反应条件，此温度下mRNA完整性保留率超95%，而95℃高温会导致mRNA降解（图1B-E）。另外Mn²⁺组在5 min内即可实现88%的mRNA富集效率，远高于Zn²⁺组所需的15-30 min（图 1G），更能有效降低mRNA降解风险。

进一步的机制研究显示，Mn²⁺与mRNA碱基（腺嘌呤N7、鸟嘌呤 N7/O6）的结合能最低，键长最长（图 2A）。这种弱相互作用使Mn²⁺在加热条件下可实现与mRNA的动态重组：即室温下形成无规则复合物，65℃加热提供能量驱动重排，5 min后便可形成均一球形纳米颗粒（图 2B-C）。另外，经过优化，发现当Mn²⁺与mRNA碱基摩尔比为5:1时，可成功组装不同长度mRNA（1k-4k nt），均能形成规则纳米颗粒（图 2E），且mRNA参与率超88%，核心中mRNA重量占比更是高达95.6%，证明该策略广泛的适用性。

基于上述结果，团队将Mn-mRNA核心与脂质结合，构建出L@Mn-mRNA纳米系统。首先进行配方优化确定最佳脂质比例，发现当脂质与mRNA质量比为10:1时，L@Mn-mRNA的zeta电位达到15.5±2.4 mV，PDI仅0.11±0.01，粒径为130.4±3.9 nm（图 3B）。此时mRNA 封装效率达98%，负载量提升至9.1%，是Moderna mRNA-1273疫苗（4.7%）的近2倍。

稳定性测试L@Mn-mRNA在PBS中存放三周，粒径、PDI和zeta电位无明显变化（图 3G）。细胞毒性实验显示，在相同mRNA剂量下，L@Mn-mRNA的脂质用量仅为传统LNPs的一半，10 μg/mL高剂量组细胞存活率仍显著高于传统LNPs组（图 3H），而同等脂质浓度下，两者毒性无差异，证实少量Mn²⁺未引发额外毒性，综合表明其具备显著的稳定性与生物相容性优势。

随后的体内外模型中，L@Mn-mRNA均展现出卓越的免疫激活能力。体外实验中，L@Mn-mOVA（1 μg/mL）处理骨髓来源树突状细胞（BMDCs）后，CD80、CD86、CD40 表达水平分别是传统LNPs组的1.2倍、1.2倍和1.7倍（图 4B-D）。另外促炎因子IL-6和TNF-α分泌量，以及抗原呈递效率（SIINFEKL-H2Kb复合物）均显著增加（图 4E-G）。即使减半剂量，L@Mn-mOVA 的免疫激活效果仍优于全剂量LNPs组。

体内免疫效果类似，小鼠皮下注射后，L@Mn-mLuc的体内表达效率在6 h和24 h分别是传统LNPs组的4.1倍和2倍（图 4A）。腹股沟淋巴结分析显示，L@Mn-mOVA组的CD80⁺、CD86⁺、CD40⁺ DC比例以及抗原呈递效率同样均有显著增加（图 4H-K）。总而言之，L@Mn-mRNA在作为疫苗时，即使在剂量减半时，也能实现更强的免疫反应，降低潜在风险。

最后团队构建B16-OVA黑色素瘤模型进行评估L@Mn-mRNA疫苗的抗肿瘤效果，使用10 μg剂量L@Mn-mOVA组的肿瘤生长速率明显低于传统LNPs组，中位生存期延长26%，而5 μg减半剂量组仍实现13%的生存期延长，且脂质用量仅为传统LNPs组的1/4（图 5B）。免疫机制分析显示，10 μg L@Mn-mOVA 组在血液和脾脏中抗原特异性CD8⁺ T细胞比例相比传统LNP组大幅增加（图 5C-D），显示出优异的肿瘤抑制效果。长期免疫记忆实验显示，接种70天后，L@Mn-mOVA 组脾脏中中心记忆T细胞（CD44^high CD62L^high）和效应记忆T细胞（CD44^high CD62L^low）比例显著高于LNPs组（图 5O-P），为持久抗肿瘤提供保障。

同时，实验期间小鼠主要脏器无病理损伤，肝肾功能指标正常。Mn²⁺在肝、肾中略有增加，但仍处于生理安全范围，脑等其他器官无明显蓄积。更重要的是，L@Mn-mRNA显著降低抗PEG抗体产生，10μg剂量组仅20%小鼠出现抗PEG IgG升高，有效避免血液清除，而LNPs组达80%（图 6B）。Day20时mRNA表达效率仍维持35%，远高于LNPs 组的15%（图 6D），展现出优异的治疗效果和安全性。

本研究通过Mn²⁺介导的mRNA富集策略，成功构建了新型L@Mn-mRNA疫苗递送平台，具备提高mRNA负载量，减少脂质用量和相关毒性，以及强化抗原免疫应答，改善长效性等显著优势，同时兼容不同长度mRNA和多种离子化脂质，具有广泛适用性。该策略为解决mRNA疫苗的负载效率、毒性和长效性等关键问题提供了全新思路，有望推动mRNA疗法在更广泛疾病领域的应用。