——从PEG脂质脱附动力学、血浆蛋白吸附到LNP体内命运的系统解析

在脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNP）的研究中，聚乙二醇（PEG）修饰一直是调控颗粒表面性质、胶体稳定性及体内分布的重要技术手段。然而，PEG并非始终稳定地保留在LNP表面。当LNP进入血液循环后，部分PEG-脂质分子可能逐渐从颗粒表面解离，并向血浆脂蛋白、细胞膜或其他脂质环境发生转移。

这一动态过程通常被称为PEG-脂质脱附（PEG-lipid desorption）或PEG脱落（PEG shedding）。

PEG脱附速度不仅关系到LNP在血液中的稳定性，还可能影响血浆蛋白冠形成、细胞膜相互作用、组织分布及核酸药物递送效率。因此，研究不同PEG-脂质材料在体内循环过程中的脱附动力学，对于LNP配方优化具有重要意义。

一、为什么LNP进入血液后，PEG会逐渐从表面脱落？

PEG化脂质通常由亲水性PEG链、连接结构及疏水性脂质锚定基团组成。在LNP制备过程中，疏水脂质链通过与其他脂质组分的相互作用，将PEG固定在纳米颗粒表面。

常见PEG-脂质材料包括DMG-PEG2000、DSPE-PEG2000、DSG-PEG2000等。不同材料的疏水锚链结构、连接方式和膜内相互作用存在差异，因此表现出不同的表面保留能力。

LNP进入血液循环后，PEG-脂质分子可能在颗粒表面与周围生物环境之间发生动态交换。

需要强调的是，通常所说的“PEG脱落”主要指完整PEG-脂质分子从LNP表面解离或转移，并不一定意味着PEG高分子链发生化学断裂。

对于采用可裂解连接结构的特殊PEG-脂质，还可能存在化学键断裂导致的PEG释放机制，应与普通PEG-脂质脱附加以区分。

二、PEG从LNP表面脱落的速度究竟有多快？

PEG脱附速度并不是固定数值，而是与疏水锚链长度、脂质组成、温度、血浆蛋白环境以及LNP表面结构密切相关。

研究中通常使用脱附半衰期（t₁/₂）描述PEG-脂质从颗粒表面减少的速度，即在特定模型条件下，表面保留量下降至初始值50%所需要的时间。

在简化的单指数动力学模型中：

其中，R(t)为时间t时的PEG-脂质表面保留量，R₀为初始保留量，k_off为表观脱附速率常数。

这一模型适合用于初步分析，但真实血液环境中可能同时存在脂质交换、蛋白吸附、颗粒清除及组织分布等过程，不能简单视为单一的一级脱附反应。

不同PEG-脂质材料的脱附趋势比较

注：该表为相近实验条件下的定性趋势，不代表材料在所有LNP配方中的固定排序。不同连接基团、颗粒组成及检测方法均可能改变结果。

从材料设计角度看，较短的疏水链通常更容易从脂质结构中交换出去，而较长的疏水链往往具有更强的膜锚定作用。

因此，DMG-PEG2000与DSPE-PEG2000虽然都可以提供PEG2000亲水链，但二者在LNP表面的保留行为可能存在明显差异。

三、PEG脱附速度与LNP表面保留率的关系

为了更直观地理解脱附半衰期的意义，可以采用不同假设半衰期构建动力学曲线。

由模型可以看出，脱附半衰期越短，PEG表面保留率下降越快。

例如，在假设半衰期为2小时的条件下，经过4小时后，理论保留率约为25%；而半衰期为8小时的体系，在相同时间下仍可保留约70.7%。

这说明即使初始PEG修饰比例完全相同，不同PEG-脂质结构也可能在进入血液循环后表现出不同的表面覆盖状态。

值得注意的是，PEG脱附半衰期与LNP血液循环半衰期不是同一概念。前者描述PEG-脂质从颗粒表面减少的动力学，后者描述LNP颗粒或其载荷在血液中浓度下降的过程。

四、PEG脱落速度如何影响LNP的体内命运？

PEG修饰对LNP的作用具有双重性：一方面可以提供空间位阻与水化保护，另一方面可能降低LNP与细胞膜的直接相互作用。

因此，PEG脱附速度会影响LNP在稳定性和细胞递送能力之间的平衡。

 

 

 

阶段一：PEG覆盖较完整

LNP刚进入血液时，表面PEG链可能有助于减少颗粒聚集及部分非特异性相互作用。但PEG并不能完全阻止血浆蛋白吸附，其保护效果取决于PEG覆盖程度和颗粒表面组成。

 

 

 

 

 

 

阶段二：PEG逐渐脱附

部分PEG-脂质发生交换后，LNP表面其他脂质组分的暴露程度可能增加，从而改变蛋白冠形成、细胞膜结合以及受体相关摄取行为。

 

 

 

 

阶段三：细胞摄取与组织分布发生变化

PEG屏蔽作用减弱后，某些LNP配方可能更容易与细胞表面接触。然而，这也可能增强非靶组织摄取或加快颗粒清除，并不一定提高终的药物递送效率。

五、PEG脱附过快与过慢，哪一种更有利于递送？

这一问题没有适用于所有LNP体系的统一答案。

从应用角度来看，针对肝脏递送的部分LNP体系，较快脱附的PEG-脂质可能有助于形成适合肝细胞摄取的表面状态。

而对于需要较长循环时间或特殊组织分布的递送系统，具有较强锚定能力的PEG-脂质可能更值得研究。

不过，延长PEG表面保留时间不等于必然延长LNP循环时间。实际效果仍需要通过体内药代动力学、组织分布和递送功能实验验证。

六、如何实验测定PEG从LNP表面脱落的速度？

PEG脱附动力学研究需要区分三个不同问题：PEG是否仍然与LNP结合、LNP颗粒是否仍然存在于血液中，以及载荷是否仍然保持完整。

建议采用多时间点采样与多种分析手段相结合的方式。

推荐检测方法

01 荧光标记分析法

利用适宜的荧光标记PEG-脂质，结合颗粒分离技术，监测PEG-脂质在LNP结合组分与游离或转移组分之间的分布。

需要注意，单纯检测整体荧光强度无法直接证明PEG已经脱附。

02 色谱与质谱分析法

可通过液相色谱及质谱等分析技术，对PEG-脂质及其相关组分进行分离和定量。

对于结构明确且具备合适分析方法的PEG-脂质，这类技术有助于提高组分定量的特异性。

03 颗粒分离与动态监测

结合尺寸排阻色谱、场流分离或其他适宜的分离技术，区分LNP结合组分与血浆中的游离或蛋白结合组分。

由于样品分离本身可能扰动PEG-脂质交换平衡，因此需要进行方法学验证，避免将样品处理过程中产生的脱附误判为体内真实变化。

七、瑞禧生物PEG-脂质材料在LNP配方优化中的研究方向

围绕瑞禧生物相关PEG-脂质材料的科研应用，可以从材料结构筛选、表面修饰比例优化及脱附动力学评价三个方向开展研究。

在实际研究中，除PEG-脂质类型外，还应综合考虑离子化脂质、辅助磷脂、胆固醇和核酸载荷的影响，避免将所有体内行为变化单独归因于PEG脱附。

八、总结与展望

PEG从LNP表面脱落的速度，是影响脂质纳米颗粒体内行为的重要因素之一。

不同PEG-脂质由于疏水锚链结构及膜内相互作用不同，在血液循环过程中可能表现出不同的脱附动力学特征。相对较快的PEG脱附可能减少表面空间屏蔽，有利于某些配方与细胞发生相互作用；而较慢的PEG脱附则可能帮助维持颗粒表面保护层，但也可能限制细胞摄取。

未来的LNP研究不应仅关注PEG的初始修饰比例，更需要关注其在真实生物环境中的动态变化，以及PEG脱附与蛋白冠形成、组织分布、细胞内化和功能性药物递送之间的关系。

对于瑞禧生物相关PEG-脂质材料的研究应用而言，通过合理选择PEG分子量、脂质锚定结构及修饰比例，并结合脱附动力学实验，有望为LNP递送体系的设计与优化提供更具针对性的技术依据。

参考文献与延伸阅读

1. Mui, B. L., et al. (2013). Influence of Poly(ethylene glycol) Lipid Desorption Rates on Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of siRNA Lipid Nanoparticles. Molecular Therapy—Nucleic Acids, 2, e139. DOI: 10.1038/mtna.2013.66.

2. Hou, X., Zaks, T., Langer, R., & Dong, Y. (2021). Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nature Reviews Materials, 6, 1078–1094. DOI: 10.1038/s41578-021-00358-0.

3. Suk, J. S., et al. (2016). PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews, 99, 28–51. DOI: 10.1016/j.addr.2015.09.012.