作为目前COVID-19 mRNA疫苗的重要组成部分，脂质纳米粒（LNP）在有效保护mRNA并将其转运至细胞方面发挥着关键作用。脂质体是LNP的早期版本，是一种多功能的纳米药物递送平台。

文丨塔卡拉玛干的白杨

1、药物和疫苗递送

（1）基于脂质纳米粒的上市产品

50多年来，脂质体已被公认为一种强大的医学工具。它能够包载药物并可控地将药物递送至体内特定位置，这使其可用于多种疾病的治疗，目前已有很多脂质纳米粒药物制剂获批并应用于临床。

表1已获批上市的脂质纳米粒产品

脂质纳米粒在药物递送中最大的应用是癌症治疗，因为脂质纳米粒包载抗肿瘤药物的生物利用度和选择性优于游离药物。基于脂质的纳米载体可降低抗癌药物对正常组织的毒性，增加疏水性药物的水溶性，延长药物停留时间，并改善对药物释放的控制效率。脂质纳米粒还通过增强组织渗透性和滞留（EPR）效应提高癌症治疗的效率。肿瘤中快速但有缺陷的血管生成导致血管间隙较大（粒径>100 nm），脂质纳米粒可以很容易地通过这些间隙进入肿瘤。因此，肿瘤血管对脂质纳米粒的渗透性要高得多，从而在静脉内给药时允许其选择性地蓄积于肿瘤中。此外，肿瘤中功能失调的淋巴引流降低脂质纳米粒从肿瘤内外排的速度，从而延长在肿瘤内的保留时间。

图1 EPR效应示意图

由于EPR效应，脂质纳米粒在肿瘤中的蓄积使得纳米颗粒在肿瘤细胞附近选择性地释放抗肿瘤药物。Doxil是最早获批的抗肿瘤纳米制剂，也是最早获批的脂质体药物。该产品可以改善蒽环类药物阿霉素的药代动力学和生物分布，阿霉素是一种强效抗癌剂，但具有心脏毒性。Doxil利用EPR，使用空间稳定的纳米颗粒（~100 nm）来延长药物在血浆中的循环时间，同时降低多柔比星的心脏毒性。Doxil作为静脉注射剂开发，由大豆磷脂酰胆碱、胆固醇和DSPE-PEG2000组成，用于治疗晚期卵巢癌、多发性骨髓瘤和HIV相关的卡波西肉瘤。

脂质体的第二大用途是抗菌剂。作为侵袭性真菌感染的治疗金标准，广谱多烯抗生素两性霉素B已在医学上使用了数十年。两性霉素B会靶向细胞膜，对含麦角甾醇的真菌细胞膜的亲和力高于对含胆固醇的哺乳动物细胞膜的亲和力。然而，虽然两性霉素B有很高的抗真菌活性，但存在严重的副作用，尤其是肾毒性。两性霉素B是两亲性分子，具有复杂的自缔合行为，不同类型的聚集体表现出不同的溶解度和毒性；聚集状态也与药物疗效相关。因此，控制药物的聚集状态可以增强其治疗效果并降低毒性。脂质纳米粒可以控制这种聚集状态，已经开发的几款基于脂质的两性霉素B纳米粒制剂，都表现出良好的药代动力学特征，并显著降低这种药物的副作用。

核酸治疗剂是一类新兴的药物，对治疗各种疾病都具有很大的潜力。然而，由于核酸是多价阴离子和高度亲水性分子，几乎不被细胞摄取，并且易被血液中的核酸酶降解。因此，核酸药物需要依靠递送载体才能进入细胞发挥作用。以脂质纳米粒为载体是递送核酸药物的高效方法之一。核酸药物Patisiran（Onpattro）是一种以脂质纳米粒包载递送siRNA的产品，可减少肝脏中转甲状腺素蛋白的形成，已获FDA批准用于治疗遗传性转甲状腺素介导的淀粉样变性。作为首款获批的siRNA药物和以脂质纳米粒递送核酸药物的产品，是核酸药物发展的重要里程碑。

（2）COVID-19 mRNA疫苗中的LNP

脂质纳米粒最新的成功案例是作为递送载体用Pfizer/BioNTech和Moderna获FDA批准的两种COVID-19信使RNA（mRNA）新冠疫苗，这两款疫苗以无与伦比的速度开发上市，并在流行病毒预防方面有着显著的效果。疫苗将编码SARS-CoV-2刺突蛋白的mRNA递送到宿主细胞的细胞质中，被翻译成刺突蛋白充当抗原，对病毒产生免疫反应。

图2 mRNA-LNP的作用机制

两款mRNA疫苗采用的脂质纳米粒组成非常相似。都含有可电离的脂质，该脂质在低pH值时带正电利于与mRNA静电作用络合，在生理pH值时呈中性促进mRNA的递送和释放并减少潜在的毒性。都含有聚乙二醇化脂质，以减少血清蛋白的抗体结合和吞噬细胞的清除，从而延长全身循环时间。磷脂二硬脂酰磷脂酰胆碱（DSPC）和胆固醇形成稳定结构有助于包载mRNA。两款疫苗的可电离阳离子脂质：PEG-脂质：胆固醇：DSPC的摩尔比分别为46.3:1.6:42.7:9.4（Pfizer/BioNTech）和50:1.5:38.5:10（Moderna）。脂质纳米粒的粒径为80~100nm，每个脂质纳米粒中包含有约100个mRNA分子。

Pfizer/BioNTech和Moderna用于COVID-19疫苗脂质纳米粒的专有阳离子脂分别为ALC-0315和SM-102。这两种可电离阳离子脂质都含叔胺，在低pH值下被质子化而带正电荷。脂质的烃链连接可生物降解的酯基，因此在mRNA递送后能实现安全清除。mRNA疫苗中使用的阳离子脂质含有烃链支链，可优化非层状结构的形成和mRNA递送效率。PEG化脂质都是PEG-2000偶联物。脂质纳米粒是在低pH（pH 4.0）下制备的，酸性条件下可电离脂质带正电荷，易与mRNA形成复合物。使用微流体装置将含mRNA的水性溶液与含有脂质混合物的乙醇溶液快速混合。快速混合时，这两股流体中的成分形成纳米粒，并捕获包载带负电荷的mRNA。

图3 mRNA新冠疫苗的主要辅料

（3）临床试验中基于LNP的mRNA疫苗和治疗

mRNA疫苗和疗法在疾病的预防和治疗方面具有很大的前景。脂质纳米粒可用于mRNA细胞内递送，几乎可在宿主细胞内表达任何所需蛋白质。基于mRNA的疗法的一个重要特征是降低插入突变的风险。与DNA疗法不同，mRNA不需要细胞核进行作用，不会整合到宿主基因组中，因此降低了致癌和诱变的风险，提高了安全性。此外，mRNA比DNA更易于标准化生产，并具有良好的重现性。

mRNA疫苗因其高效性、开发周期短和潜在的低成本生产而彻底改变了疫苗开发。如果用于核酸递送的脂质纳米粒技术没有取得进步，mRNA疫苗是不可能快速发展的。已有多款基于脂质纳米粒开发针对多种传染病的mRNA疫苗进入临床试验，例如针对寨卡病毒、巨细胞病毒、结核病和流感的核苷修饰mRNA疫苗。mRNA治疗性疫苗在针对黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌和其他实体瘤的免疫治疗中展现出巨大潜力。脂质纳米粒载体对于将mRNA成功递送至免疫细胞的胞质溶胶至关重要，特别是负责触发所需免疫反应的抗原呈递免疫细胞。

表2临床试验中的脂质纳米粒mRNA药物和疫苗

使用mRNA表达治疗蛋白有望治疗多种疾病。蛋白质替代疗法是一种医学疗法，用于替代或补充患者体内缺乏或缺失的蛋白质，是通过改造mRNA来编码有用蛋白质实现的。脂质纳米粒是将mRNA递送至细胞的首选载体，但基于脂质纳米粒的mRNA药物通常需要长时间重复给药，因此需要详尽的安全分析和测试。

2、医学影像

医学影像在现代精准医学中起着至关重要的作用，可用于改善疾病诊断、监测药物递送、验证对治疗的反应以及指导微创手术。传统的成像方法分辨率和特异性有限，例如磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）。以脂质纳米粒为例的纳米粒子递送系统，可通过粒子表面功能化提高这些成像方法的分辨率和特异性提。

由于EPR效应，脂质体在肿瘤组织的的蓄积量比正常组织更多。放射性标记的脂质体已应用于各种癌症的成像。最近，放射性标记的脂质体通过定位前哨淋巴结（接收转移性肿瘤细胞的初始淋巴结）来检测早期癌症转移。各种PET和SPECT放射性同位素已与脂质体结合用作显像剂。

最常见用于放射性标记脂质体的放射性核素是锝99m(99mTc)、铟111(111In)和镓67(67Ga)。这些放射性核素具有不同的半衰期和光子能量，因此可用于满足特定的需要。例如，半衰期为6小时的99mTc可用于注射后24小时内成像，而半衰期为68小时的111 In则适用于需要延迟成像的生理过程。脂质体放射性标记有多种方法，可以在制备过程中包载于脂质体的水性内核中或或非特异性地附着在脂质体表面。在脂质的头部基团上共价连接对放射性核素具有高亲和力的螯合剂，可以在制备过程中将脂质-螯合剂偶联物添加到脂质体制剂中，提高其稳定性。

脂质体还可以为开发MRI诊断提供合适的生物相容性纳米载体平台。例如，包含钆螯合脂质（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-二亚乙基三胺五乙酸，PE-DTPA(Gd)）的脂质体可静脉注射以观察血管中的血栓或阻塞。将MRI造影剂包载于脂质体中的重要优点之一是降低制剂的毒性。

治疗诊断学一词最近被创造形容治疗学和诊断学的混合词，是将药物和诊断技术相结合，在疾病发生的早期同时或依次诊断和治疗疾病。同时包载诊断剂和治疗剂的脂质纳米粒被称为杂化纳米粒。荧光染料或量子点等诊断探针可以包载于脂质体中，同时多柔比星、多西他赛、顺铂或内皮抑素等治疗剂可包载于脂质纳米粒中。例如，包载有细胞毒性药物多柔比星-量子点杂化物的脂质体已被开发为治疗诊断剂。将量子点包载到脂质纳米粒的脂质双层中，使量子点在生理条件下可溶，而包载多柔比星的脂质体比游离药物更具肿瘤选择性而蓄积于肿瘤，从而使脂质纳米粒能标记和杀死癌细胞。

3、化妆品

化妆品行业是最早认识到并在各种产品开发中采用先进纳米技术的行业之一。所期待的脂质化妆品制剂的优势包括增强这些制剂的稳定性和功效，以及促进成分渗透到皮肤中。目前仍有多种市售的脂质化妆品还在使用。最早加入脂质体的产品是迪奥于1986年推出Capture，在大豆卵磷脂脂质体中含有胸腺提取物、胶原蛋白、弹性蛋白肽和透明质酸。另一种在脂质体递送制剂中含透明质酸的产品是雅诗兰黛推出的深夜修复保护复合体（Advanced Night Repair Protective Recovery Complex），该产品可以抵消和修复由紫外线产生自由基造成的损伤，并具有保湿作用。欧莱雅也推出一种含有前视黄醇A的抗皱脂质体产品Revitalift Double Lifting。国际化妆品公司Jafra的蜂王浆浓缩液（Royal Jelly Lift Concentrate）是包含氨基酸、维生素和矿物质的复杂混合物脂质体，可刺激细胞更新并防止皮肤起皱。在商业化产品中，脂质体制剂还与各种提取物、保湿剂、抗生素和蛋白质一起用于伤口愈合、晒伤缓解、护发素、抗衰老产品和长效香水等用途。

4、营养

脂质纳米粒在食品工业和营养领域的地位日益突出，已被用于控制各种食品和营养中功效成分的递送，如蛋白质、酶、维生素和香料等。营养品是指能提供药物和营养益处的制剂，可能涉及营养素、膳食补充剂、草药制剂以及基因工程和加工食品。近来，固体脂质纳米粒（SLN）和纳米结构脂质载体（NLC）因具有更高的包载能力、更高的生物利用度和更易于大规模生产的优势，广泛应用于食品和膳食补充剂。例如，SLN用于包载与食品相关的生物活性化合物（如荷油等精油、维生素A、B 2、B 12、D 2和E等维生素、棕榈油、椰子油、古巴香脂油、迷迭香酸、白藜芦醇和橙皮苷），NLC用于包载食品相关成分（如芦丁、姜黄素、槲皮素、虾青素、维生素C、维生素A棕榈酸酯、α-硫辛酸和绿茶提取物）。

5、农业

脂质纳米粒在农业中用于农药化学品的递送系统，并对模型膜系统进行了研究。

6、纳米反应器

脂质纳米粒近来的研究是应用于纳米技术和纳米生物技术的纳米级化学反应器。例如，脂质纳米粒已被用作纳米反应器用于金属纳米粒合成过程中的粒径控制。金属纳米粒子用于电子、生物传感器和催化，也可用于生物医学，如成像、药物递送和光热疗法。纳米粒子的粒径决定着许多特性，因此控制金属纳米粒子的粒径至关重要，其控制着金属纳米粒的性质和适用性。

例如，包载四氯金酸的纳米脂质体被用于制备2~5 nm的金纳米颗粒。还原剂硼氢化钠通过脂质体膜的控制扩散形成反应动力学，形成粒径分布极窄的超小纳米颗粒。在另一个例子中，以甘油作为还原剂和稳定剂，在脂质纳米反应器中还原钯前体制备粒径为1~3 nm的稳定钯纳米粒子。使用纳米反应器的类似方法已用于非金属纳米粒子的合成，例如在脂质体的内核中合成CdS、ZnCdS和HgCdS的单分散纳米晶体，将其当做沉淀或结晶的纳米反应器。

纳米反应器也被当做治疗疾病和通过原位产生治疗剂来消除有害物质的工具。例如，抗氧化酶过氧化氢酶被包载于含顺铂前药共轭磷脂的脂质体中，用于增强对癌症的化学放射治疗。脂质体通过保护酶免受蛋白水解来增强其稳定性，这种酶能够触发肿瘤细胞产生的过氧化氢分解，从而产生氧气以克服缺氧诱导的肿瘤治疗抵抗。同时，包载的顺铂前药被氧化释放顺铂，随后的放射治疗能抑制肿瘤生长。包载在脂质体中的聚合物点量子点（Pdots）被用于通过原位光催化生成氢来减轻炎症。含有π共轭聚合物的聚合物量子点暴露于光时会产生氢，而脂质体将试剂和聚合物量子点聚在一起。当氢在脂质体中形成时会穿过脂质双层膜扩散，减少患病和受损组织中丰富的活性氧（ROS）。此外，基于脂质的纳米反应器还可用于酶递送以消除有害物质。例如，已知外源性胆碱酯酶具有作为有机磷毒素清除剂的能力，将丁酰胆碱酯酶被包载在脂质体中免受蛋白水解。有机磷毒素被经脂质体膜扩散出包载的酶进行中和。