背景
mRNA脂质纳米颗粒（LNP）已在传染病与肿瘤免疫领域展现巨大潜力，雾化吸入给药可直接作用于气道肺泡，原位启动黏膜免疫，针对肺部原发肿瘤、全身肺转移具备天然给药优势。然而吸入型mRNA递送长期存在两大难以突破的技术瓶颈，制约临床转化。其一是雾化过程高强度剪切力极易破坏LNP脂质组装结构，造成mRNA泄露、颗粒聚集。其二是气道黏液由大量二硫键交联黏蛋白构成，致密网状结构截留绝大多数纳米颗粒，阻止其抵达肺泡上皮，以致难以跨上皮进入循环系统，引流至外周免疫器官，最终单纯吸入LNP仅能诱导局部黏膜免疫，对于全身转移性肿瘤治疗收效甚微。
近日，中科院化学所研究团队在Advanced Materials杂志发表突破研究，针对上述吸入式LNP应用瓶颈，利用临床已广泛使用的吸入化痰药N -乙酰半胱氨酸（NAC），构建气道原位动态表面重塑LNP递送体系，实现吸入给药同步清除肺部与远端肿瘤。其中本文所用报告基因Cy3-mCherry mRNA由APExBIO合成。
期刊 Advanced Materials
IF值 29.1
DOI 10.1002/adma.73362
核心创新：NAC双通路协同调控纳米递送行为
此前团队曾开发CAS-LNP，即通过表面共价连接负电二硫键肽脂DOPE-DSSC实现雾化稳定，但阴离子肽层会强烈抑制细胞内吞，造成LNP沉积后转染效率大幅下降，形成 “稳定则无效、高效则破碎” 的技术瓶颈。
在此基础上，团队创新性以NAC为调控介质，构建 “物理屏障疏通+纳米表面化学重塑” 双调控通路，无需重新改造LNP脂质配方，仅通过给药时序搭配即可解决吸入递送瓶颈：
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通路一：巯基-二硫键可逆交换，时序调控纳米表面电荷。雾化阶段，CAS-LNP表面负电DSSC多肽维持颗粒静电排斥，抵抗剪切破碎；小鼠提前5 min吸入NAC后，气道游离巯基特异性断裂肽脂二硫键，快速剥离负电多肽，消除细胞膜静电排斥，显著提升细胞摄取与mRNA翻译，全程纳米粒径、分散度无明显变化。
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通路二：裂解黏蛋白交联网络，打通黏液扩散通道。NAC经典药理作用为溶解黏液，断裂黏蛋白二硫键以降低黏液黏度。实验证实，仅剥离多肽无法改善黏液穿透，必须依赖游离NAC同步消解黏液屏障，二者协同才能促进LNP跨黏液、跨上皮转胞吞，推动抗原进入循环系统，实现全身多器官抗原呈递。
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图1 NAC介导的硫醇-二硫键交换示意图：该过程在气道沉积后可将二硫键连接的DSSC肽段从CAS- LNP表面裂解，并伴随NAC诱导的黏液网络破坏，从而促进LNP渗透。
该体系完美规避传统LNP改造思路缺陷：无需筛选新型可电离脂质、无需添加额外稳定剂，仅搭配临床常用NAC即可实现递送功能动态切换，大幅降低制剂开发与临床转化成本。
核心实验数据
雾化完整性实验证明，常规SM102-LNP 雾化后仅25%颗粒保持完整，CAS-LNP稳定性能提升至59%（图2 C），雾化前后粒径、分散指数无显著波动（图2 D-E），验证电荷稳定设计优势。FRET荧光示踪实验直观证明NAC可快速剥离表面DSSC肽段，处理10 min即有超过50%多肽脱落（图2 J），Zeta电位由强负电回升（图2 F），直接证实LNP表面重塑发生。
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图2 NAC诱导的表面重塑可维持雾化稳定性，并使 DSSC 从CAS-LNPs上脱离
细胞层面，DC2.4树突细胞、TC-1肺上皮细胞实验显示，NAC预处理CAS-LNP组转染8 h后mCherry、EGFP荧光表达强度提升1.3~2.7倍（图3 A-B），共聚焦显微镜可见胞内纳米颗粒数量显著增加（图3 C）。
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另外，使用Transwell黏液穿透模型进行研究，将CAS-LNPs与NAC共同孵育，随后通过超滤去除游离NAC（NAC-treated CAS组），即仅单纯剥离多肽组无法改善CAS-LNP穿透能力，而NAC与LNP共处理组（NAC+CAS）的人工黏液、猪气管黏液穿透效率大幅提升（图3 G-H），明确黏液溶解才是穿透增强的核心驱动力。
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图3 NAC在体外可增强CAS的细胞摄取、mRNA表达及黏液渗透能力
体内荧光素酶成像筛选最优给药方案：小鼠245 mg/kg NAC预处理、间隔5 min吸入CAS-LNP为最佳时序（图4 A）。该条件下肺部mRNA表达为单纯CAS组3.6倍，同时在心、肝、脾、肾检测到显著荧光信号（图4 B-C），无NAC组荧光几乎完全局限肺部。
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Cre重组酶报告小鼠进一步揭示跨上皮转运机制：NAC处理后肺血管内皮细胞转染量显著高于上皮细胞（图4 K），证明纳米颗粒可穿过气道屏障进入循环。体外转胞吞实验佐证，NAC同时提升上皮细胞内吞（1.8倍）与胞吐（2.4倍）（图4 M），促进LNP颗粒跨细胞转运进入血管。
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图4 NAC可增强mRNA在肺部的递送，并促进CAS-LNP的全身生物分布
体液免疫分层结果显示，单纯CAS吸入仅诱导肺泡灌洗液黏膜IgA，血清抗肿瘤IgG水平极低。NAC联合组血清OVA特异性IgG提升8.5倍，同时完整保留气道IgA应答（图5 B-C），实现黏膜与全身体液免疫协同。
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细胞免疫层面，两组制剂均可诱导肺部组织驻留记忆T细胞（TRM），建立呼吸道局部长效防御（图5 D-F）。但脾脏全身免疫存在显著差异，仅NAC联合组脾脏效应记忆CD8+T细胞、IFN-γ分泌杀伤T细胞大量扩增（图5 H-J），综上表明吸入性CAS-LNPs本身足以在呼吸道引发黏膜免疫反应，但须联合使用NAC才能进一步激活全身免疫。
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图5 吸入NAC+CAS可同时诱导黏膜及全身免疫反应
团队采用两种经典黑色素瘤OVA肿瘤模型验证治疗效果。肺转移瘤模型中，单纯CAS仅降低肺部肿瘤负荷、小幅延长生存期；NAC+CAS组6/8小鼠实现肿瘤完全清除，肺部无肉眼可见转移结节。治愈小鼠100天后再次静脉接种肿瘤细胞，全部长期存活，证明产生持久抗肿瘤免疫记忆。
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皮下远端肿瘤模型中，单纯CAS吸入则完全无法抑制皮下肿瘤生长，而NAC联合吸入组提升肿瘤内CD8⁺T、NK/NKT浸润，上调抗肿瘤M1巨噬细胞比率，逆转肿瘤免疫抑制微环境，实现100%肿瘤完全消退，其抗肿瘤疗效与临床肌注SM102-LNP疫苗持平，并且二次攻瘤无复发，具有长效全身免疫保护。
图6 吸入型NAC+CAS可有效对抗肺部及皮下肿瘤
小结
本研究提出的NAC介导动态表面重塑吸入mRNA-LNP递送平台，依靠二硫键可逆修饰实现纳米颗粒时序性功能切换，平衡雾化稳定性与沉积后细胞转染效率，以及依托临床获批黏液溶解剂NAC双通路调控，同步激活呼吸道黏膜免疫与全身性CD8⁺抗肿瘤免疫，同时清除肺部原发灶与远端转移肿瘤，破解吸入式mRNA疫苗长期存在的雾化稳定、黏液穿透以及全身递送三大核心瓶颈。
该策略制剂改造简单、配套雾化设备临床成熟，转化门槛低，可用于肺癌、肺转移瘤雾化mRNA疫苗开发，并拓展至各类雾化核酸药物，为下一代吸入式肿瘤mRNA疫苗提供全新工程化思路。
沪公网安备 31011002003500