随着mRNA疫苗、siRNA药物、基因编辑及核酸治疗技术的发展，脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNP）已成为核酸药物递送领域的重要载体之一。LNP能够保护核酸分子免受降解，并通过调节颗粒结构和细胞内运输过程，促进核酸药物进入靶细胞。

在LNP配方设计中，除了可离子化脂质、辅助磷脂和胆固醇外，聚乙二醇修饰脂质（PEG-lipid）同样是影响颗粒形成及性能的重要组分。

其中，DMG-PEG2000（通常指1,2-dimyristoyl-rac-glycero-3-methoxypolyethylene glycol-2000） 是核酸递送LNP中常见的PEG修饰脂质之一。其分子由疏水性二肉豆蔻酰甘油锚定基团和亲水性PEG链段组成，能够在LNP组装过程中调节颗粒表面性质、脂质聚集行为及颗粒之间的相互作用。

DMG-PEG2000含量的改变不仅可能影响LNP初始粒径及粒径分布，还会影响颗粒的胶体稳定性、储存行为、蛋白质相互作用及细胞内递送表现。

因此，研究DMG-PEG2000含量与LNP粒径及稳定性之间的关系，对于建立粒径可控、分散均一、储存稳定且具有良好递送效率的LNP配方具有重要意义。

一、DMG-PEG2000的分子结构及其在LNP中的作用

疏水性DMG基团能够参与LNP脂质组装，而亲水性PEG链段则能够向颗粒外部水相延伸，形成一定程度的水化空间层。

这种结构使DMG-PEG2000能够在LNP形成及后续储存过程中发挥多方面作用。

与部分采用较长疏水锚定链的PEG脂质相比，DMG-PEG2000具有相对较快的脂质交换或脱附特征。这一性质使其能够在颗粒形成阶段提供表面保护，同时在生物环境中逐步改变颗粒表面的PEG覆盖状态。

不过，PEG脂质的实际脱附速率受到脂质锚定结构、颗粒组成、介质条件和温度等因素影响，不能仅根据DMG链长确定具体脱附时间。

DMG-PEG2000在LNP中的核心功能

二、DMG-PEG2000含量对LNP粒径形成的影响机制

LNP粒径是评价递送体系理化性质的重要指标，其大小不仅影响颗粒分散性和制剂均一性，还可能影响体内分布、细胞摄取及核酸递送行为。

在微流控混合或其他快速混合工艺中，脂质组分与核酸溶液接触后，会经历复杂的成核、自组装及结构重排过程。

DMG-PEG2000通过调节颗粒表面的空间位阻和脂质聚集过程，能够对终粒径产生显著影响。

2.1 较低DMG-PEG2000含量：颗粒生长可能更充分

当DMG-PEG2000比例较低时，LNP形成过程中可提供的PEG表面覆盖相对有限。

在部分配方中，这可能使新形成的脂质聚集体更容易发生接触、融合或进一步生长，从而形成较大的颗粒。

其可能表现为：

•     平均粒径较大；

•     颗粒群体的粒径分布较宽；

•     对混合工艺变化较为敏感；

•     在特定储存条件下出现聚集倾向。

需要注意的是，较低PEG脂质比例并不必然导致颗粒不稳定。对于具有良好脂质组装特性的配方，即使PEG脂质含量较低，也可能形成粒径较小且分散均匀的LNP。

2.2 适当提高DMG-PEG2000含量：可能限制颗粒生长

随着DMG-PEG2000比例增加，更多PEG链段可能分布在颗粒表面，从而增强颗粒间的空间位阻效应。

这种表面保护作用能够在部分体系中减少颗粒融合和过度生长，使终形成的LNP粒径减小。

因此，在固定其他配方与工艺条件的情况下，PEG脂质比例增加常被用于调节LNP粒径。

不过，这种关系通常不是无限延续的线性规律。

2.3 较高DMG-PEG2000含量：粒径控制与结构干扰并存

当PEG脂质比例进一步提高时，颗粒表面PEG覆盖程度可能增加，但同时也可能影响脂质组装、核酸包封和颗粒内部结构。

在部分体系中，过高的PEG脂质比例可能改变脂质自组装路径，形成不同的脂质聚集群体，甚至增加非目标胶束或其他脂质结构的形成风险。

此外，过度PEG化可能降低颗粒与细胞膜的有效相互作用，影响细胞摄取及后续核酸递送。

因此，DMG-PEG2000的优化目标并不是单纯获得小粒径，而是实现粒径、稳定性、核酸包封和递送效率之间的综合平衡。

三、文献研究：DMG-PEG2000含量与LNP粒径的实际关系

从已有研究来看，DMG-PEG2000含量增加通常有利于限制颗粒生长，但不同脂质配方可能呈现不同的粒径变化趋势。

研究案例：PEG脂质含量与mRNA-LNP粒径

一项发表于 Scientific Reports 的研究考察了DMG-PEG2000摩尔比例对mRNA-LNP粒径和载荷分布的影响。

在该研究体系中，当DMG-PEG2000含量由0.25 mol%增加至3 mol%时，经过透析并处于pH 7.4条件下的LNP平均粒径由约210 nm下降至100 nm。

这一研究说明，PEG脂质不仅可能影响LNP初始组装过程，还可能影响颗粒在后处理阶段的结构重排。

值得注意的是，该研究在酸性条件下未观察到相同的粒径依赖关系，说明PEG脂质的粒径调控作用与可离子化脂质的电荷状态及制剂环境密切相关。

另有一项2025年发表的研究考察了0.1%至10%的DMG-PEG2000含量变化。在该研究体系中，LNP粒径主要分布在180–230 nm，PEG含量对粒径的整体影响相对有限，部分高PEG含量配方反而表现出略大的粒径。

这进一步说明，PEG脂质含量与LNP粒径之间不存在适用于所有配方的固定线性关系。

四、DMG-PEG2000含量对LNP颗粒稳定性的影响

LNP颗粒稳定性是核酸递送制剂开发中的重要质量属性。DMG-PEG2000对稳定性的影响主要涉及颗粒聚集、粒径变化、核酸包封保持能力以及生物环境中的表面性质变化。

4.1 空间位阻效应与颗粒聚集抑制

PEG链段具有良好的亲水性，能够与水分子相互作用，在LNP表面形成水化层。

当两个颗粒相互接近时，表面PEG链段可能产生构象压缩及空间排斥效应，从而减少颗粒之间的直接接触。

一项针对自扩增RNA（saRNA）LNP的配方研究发现，缺少DMG-PEG2000的部分配方形成了粒径较大且稳定性较差的颗粒，进一步支持了PEG脂质在颗粒稳定化过程中的重要作用。

4.2 DMG-PEG2000含量对储存稳定性的影响

在储存过程中，LNP可能发生颗粒聚集、融合、脂质重排及核酸包封状态变化。

PEG脂质含量不足时，颗粒之间的空间排斥作用可能减弱，使部分配方更容易发生粒径增大或聚集。

一项关于mRNA肌肉注射递送的研究设置了0.5 mol%、1.5 mol%和3 mol% DMG-PEG2000配方，并在4℃条件下进行了四周稳定性评价。

研究发现，0.5 mol%组的核酸包封效率在储存期间显著下降，说明较低PEG脂质含量可能不利于该体系的长期稳定性。

不过，PEG脂质比例提高也不一定能无限改善稳定性。长期储存表现还受到脂质氧化、核酸降解、缓冲液组成及包装条件等因素影响。

4.3 DMG-PEG2000脱附对颗粒稳定性的影响

DMG-PEG2000具有相对较短的疏水锚定链，在特定生物环境中可能从LNP表面脱附或与其他脂质结构发生交换。

随着表面PEG覆盖程度变化，颗粒的蛋白吸附行为、细胞相互作用及胶体稳定性也可能发生改变。

这种可交换特性具有双重意义。

一方面，PEG脂质在颗粒形成阶段能够提供空间稳定作用；另一方面，适当的表面PEG减少可能有利于颗粒与细胞膜发生相互作用。

因此，DMG-PEG2000不仅是影响颗粒初始粒径的配方组分，也是调节LNP动态表面性质的重要因素。

五、不同DMG-PEG2000含量下的性能变化比较

注：该表为不同文献及机制分析的定性归纳，不是某一配方的实测数据。具体比例区间应由实验确定。

六、DMG-PEG2000含量对核酸包封效率和递送性能的影响

PEG脂质不仅影响颗粒物理性质，还可能通过改变颗粒表面及内部组装状态影响核酸递送。

6.1 对核酸包封效率的影响

在LNP组装过程中，可离子化脂质与核酸之间的相互作用是形成稳定核酸载荷结构的重要基础。

DMG-PEG2000比例增加可能改变脂质聚集状态和颗粒形成路径，进而影响核酸包封效率。

但在适当比例范围内，PEG脂质含量变化未必显著影响包封效率。

例如，上述2025年研究发现，在所考察的DMG-PEG2000比例范围内，各组mRNA包封效率均超过80%，说明该体系对PEG脂质比例变化具有一定的配方耐受性。

因此，在配方筛选中应同时检测粒径、PDI和包封效率，避免只依据颗粒尺寸评价配方优劣。

6.2 对细胞摄取与内体逃逸的影响

PEG修饰可以减少颗粒之间的不利相互作用，但较高的表面PEG覆盖也可能限制颗粒与细胞膜接触。

这种现象通常被称为PEG屏蔽效应，可能影响细胞摄取及部分胞内递送过程。

在特定配方中，适当降低PEG脂质含量有利于细胞摄取；但如果PEG比例过低，颗粒可能因稳定性不足而失去递送优势。

6.3 体外与体内优比例可能不同

2025年发表的一项研究发现，DMG-PEG2000含量对mRNA-LNP递送效率具有显著影响。

在该研究体系中，1.5 mol%配方表现出较好的体外转染效果，而5 mol%配方在所采用的小鼠静脉注射模型中获得了高的体内转基因表达。

这一结果说明，PEG脂质含量的优化需要根据实际应用场景进行调整。

对于体外转染研究，可以重点关注细胞摄取及表达效率；对于系统性给药，则还需要考虑循环稳定性、蛋白吸附、组织分布及体内清除等因素。

七、DMG-PEG2000含量梯度的实验设计思路

为系统研究DMG-PEG2000比例与LNP性能之间的关系，可以采用含量梯度设计，并结合多种检测技术开展综合评价。

7.1 配方梯度设计

以下提供一组示例性研究方案：

上述比例为研究设计示例，不代表瑞禧生物实测配方或通用推荐比例。

设计实验时，建议明确PEG脂质比例增加时由哪一种脂质相应减少，以保证总脂质摩尔比例为100%。

例如，可以在保持可离子化脂质与辅助磷脂比例固定的前提下，通过调整胆固醇比例补偿PEG脂质变化。但这种设计同时改变了胆固醇含量，可能引入混杂效应，因此需要在结果解释中予以考虑。

7.2 关键表征技术

7.3 稳定性研究建议

建议结合目标制剂的实际使用场景，设置不同储存条件和检测时间点，重点关注以下指标：

• 平均粒径及PDI变化；

• 颗粒聚集和形貌变化；

• 核酸包封效率及完整性；

• 脂质组成及PEG脂质保留情况；

• 冻融或其他工艺应力下的稳定性；

• 储存后细胞转染效率或核酸表达活性。

对于DMG-PEG2000含量研究，还可以通过脂质定量分析，比较制备前投料比例与制备后实际颗粒脂质组成，判断是否存在PEG脂质损失或组成漂移。

八、DMG-PEG2000含量优化中的关键技术问题

8.1 PEG脂质比例与制备工艺的协同作用

PEG脂质对粒径的影响与混合条件密切相关。

例如，微流控混合过程中的总流速、流速比、脂质浓度及缓冲液组成均可能影响颗粒成核和生长。

因此，同一DMG-PEG2000比例在不同制备工艺下可能形成不同粒径的LNP。

8.2 PEG脂质含量与颗粒表面覆盖并不完全等同

配方中的DMG-PEG2000投料比例，并不一定等于终颗粒表面的实际PEG覆盖密度。

部分PEG脂质可能存在于其他脂质聚集体中，也可能在透析、超滤或其他后处理过程中发生交换或损失。

因此，在条件允许时，应结合实际脂质组成测定，提高配方研究的准确性。

8.3 粒径越小并不意味着递送效率越高

较小的LNP粒径可能有利于某些组织的分布或细胞摄取，但递送效率还受到颗粒表面性质、核酸载荷、脂质结构及给药途径影响。

如果仅以小粒径为优化目标，可能忽略PEG过度屏蔽导致的细胞相互作用下降。

因此，理想配方应在颗粒物理稳定性与生物学递送效率之间取得平衡。

九、DMG-PEG2000含量优化对LNP研发的意义

DMG-PEG2000是连接LNP颗粒形成、胶体稳定性及生物学功能的重要配方组分。

通过系统调节其摩尔比例，可以研究颗粒形成过程中空间位阻与脂质自组装之间的关系，为粒径控制及工艺优化提供依据。

同时，结合储存稳定性评价，可以进一步明确PEG脂质比例对颗粒聚集、核酸包封保持能力及制剂质量一致性的影响。

对于不同核酸载荷及给药方式，PEG脂质的优比例可能存在明显差异。

因此，在实际研发中，应结合具体应用场景建立多指标配方评价体系，而不是依赖单一粒径或转染效率指标。

十、总结与展望

DMG-PEG2000作为LNP体系中的重要PEG修饰脂质，能够通过其亲水性PEG链段形成空间位阻和水化保护层，调节颗粒形成、粒径分布及胶体稳定性。

在部分LNP配方中，随着DMG-PEG2000比例增加，颗粒平均粒径呈现下降趋势，同时颗粒聚集倾向减弱。

然而，PEG脂质含量与粒径之间的关系具有明显的配方依赖性，过高的PEG比例也可能影响核酸包封、细胞摄取及递送效率。

已有研究进一步表明，体外和体内应用对PEG脂质比例的需求可能不同，因此不存在适用于所有LNP体系的统一优含量。

未来，随着脂质纳米颗粒结构表征、微流控制备及多因素配方优化技术的发展，研究人员有望进一步建立DMG-PEG2000含量、表面PEG覆盖密度、颗粒稳定性及核酸递送效率之间的定量关联。

通过对DMG-PEG2000含量进行系统优化，实现粒径可控、颗粒稳定及高效递送之间的协同平衡，将为新一代核酸药物递送体系的开发提供重要支持。

参考文献

1. Payload distribution and capacity of mRNA lipid nanoparticles. Scientific Reports, 2022. 

2. Role of size, surface charge, and PEGylated lipids of lipid nanoparticles (LNPs) on intramuscular delivery of mRNA.

3. Formulation-Driven Optimization of PEG-Lipid Content in Lipid Nanoparticles for Enhanced mRNA Delivery In Vitro and In Vivo. Pharmaceutics, 2025. 

4. Optimization of Lipid Nanoparticles for saRNA Expression and Cellular Activation Using a Design-of-Experiment Approach. Molecular Pharmaceutics. 

5. From in vitro to in vivo: The Dominant role of PEG-Lipids in LNP performance. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2025.