一、辅助磷脂如何影响LNP的膜结构与递送行为？

脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNP）作为核酸药物递送的重要载体，在mRNA疫苗、siRNA药物、基因编辑及其他核酸治疗研究中具有广的应用价值。与传统脂质体不同，典型核酸LNP通常由可离子化脂质、辅助磷脂、胆固醇及PEG修饰脂质等组分共同构成，其内部可能呈现复杂的非经典脂质双层结构。

在LNP配方设计中，辅助磷脂虽然通常不是含量高的组分，却能够通过影响脂质分子排列、界面曲率、膜相态以及颗粒内部组织方式，对LNP的结构稳定性和递送表现产生重要影响。

DSPC具有两条饱和的C18脂肪酰链，其分子排列相对紧密，在适当条件下有利于形成较有序的脂质层状结构；DOPE则含有两条顺式单不饱和C18脂肪酰链，分子形状和分子间相互作用使其更倾向于形成具有负曲率的脂质组织结构。

DSPC与DOPE的核心区别，并不只是饱和脂质和不饱和脂质的差异，更体现在二者对膜分子堆积、曲率弹性、相态转变及内体膜相互作用的不同影响。

二、DSPC与DOPE的分子结构及理化性质对比

2.1 DSPC：饱和脂肪酰链与相对有序的脂质排列

DSPC属于磷脂酰胆碱（PC）类磷脂，其分子具有一个磷酸胆碱亲水头基和两条饱和硬脂酰链。

由于饱和脂肪酰链不含顺式双键，链段在适当条件下能够较为紧密地排列，形成有序程度较高的脂质组织结构。

纯DSPC充分水合双层的主相变温度通常约为55°C。这意味着在常见室温和生理温度条件下，纯DSPC双层具有形成凝胶相的倾向。

不过，LNP内部还含有胆固醇、可离子化脂质等其他组分，其实际相态不等同于纯DSPC双层。

在多组分LNP体系中，DSPC可能有助于调节脂质组织结构、降低部分膜缺陷并改善颗粒的物理稳定性，但实际效果仍取决于完整配方。

2.2 DOPE：不饱和脂肪酰链与负曲率倾向

DOPE属于磷脂酰乙醇胺（PE）类磷脂，具有较小的磷酸乙醇胺头基和两条含顺式双键的油酰链。

顺式双键会影响脂肪酰链的空间构象，使分子难以像完全饱和的脂肪酰链一样紧密排列。

同时，DOPE较小的亲水头基与相对较大的疏水链截面积共同赋予其较明显的锥形分子特征。

在适当水合、温度和组分条件下，DOPE容易表现出形成反六方相（HⅡ相）等非层状结构的倾向。

这一特征使DOPE常被用于研究膜融合、膜结构重排以及核酸递送过程中的内体逃逸机制。

但DOPE本身具有非层状相倾向，并不意味着含DOPE的LNP必然形成反六方相，也不能据此直接判断其递送效率更高。

2.3 核心理化性质对比

表1｜DSPC与DOPE的结构及一般物性比较。实际LNP中的相态和性能受完整配方及制备条件影响。

三、DSPC与DOPE对LNP膜结构的影响机制

辅助磷脂的分子形状决定了其在脂质聚集体中的优选排列方式，也会影响脂质层在受到外部刺激时的变形能力。

3.1 DSPC：倾向于支持层状脂质组织

DSPC的磷酸胆碱头基与两条饱和脂肪酰链，使其整体几何形状相对接近圆柱体。

在经典脂质膜模型中，近似圆柱形的两亲性分子通常更适合排列成层状双分子膜。

这种排列方式能够降低部分膜弯曲能，使脂质分子形成相对稳定的界面结构。

对于含DSPC的LNP而言，这种结构特征可能有利于维持颗粒的完整性，并在适宜配方中提高储存过程中的结构稳定性。

但需要指出，核酸LNP不一定具有完整的外部脂质双层。DSPC可能分布于颗粒表面、内部脂质组织或不同的局部结构区域，具体分布需要通过实验确认。

3.2 DOPE：促进负曲率及非层状结构形成

DOPE具有较小的磷酸乙醇胺头基，其不饱和脂肪酰链占据的横向空间相对较大。

这一结构使DOPE倾向于形成具有负自发曲率的脂质界面。

当体系的组成、温度和水合条件适宜时，DOPE可以促进反六方相等非层状脂质结构的形成。

在LNP与细胞内体膜发生相互作用的过程中，局部负曲率有可能降低某些膜融合中间态的形成能垒，促进脂质混合和膜结构重排。

这一机制为DOPE辅助核酸递送提供了理论依据。

3.3 两种辅助磷脂的膜结构示意

3.4 从分子堆积参数理解膜曲率差异

脂质分子的临界堆积参数（Critical Packing Parameter，CPP）常用于解释两亲性分子的聚集结构倾向：

其中，\(v\)表示疏水链体积，\(a_0\)表示亲水头基有效截面积，\(l_c\)表示疏水链有效长度。

通常情况下，CPP接近1的脂质更倾向于形成层状结构，而CPP大于1的脂质更容易表现出反向曲率和非层状结构倾向。

DSPC的分子几何特征相对接近圆柱形，而DOPE的较小头基和不饱和脂肪酰链使其具有更明显的负曲率倾向。

不过，CPP属于简化的几何模型，不能独立预测多组分LNP的真实内部结构。实际结构还受到脂质混合自由能、离子化状态、核酸分子尺寸以及制备过程的影响。

四、DSPC与DOPE对LNP关键性能的影响

从结构稳定性、核酸包封、内体逃逸到递送表达的多维比较

4.1 对LNP颗粒稳定性的影响

DSPC的饱和脂肪酰链通常有利于较有序的分子堆积，因此在某些配方中能够改善LNP的物理稳定性。

例如，2024年发表的一项自扩增RNA（saRNA）LNP研究比较了DSPC、DOPC和DOPE在不同可离子化脂质体系中的作用。结果发现，辅助磷脂的选择能够显著影响颗粒储存稳定性；在该研究所测试的配方中，DSPC表现出较好的2–8°C、四周储存稳定性。

但这并不意味着DSPC在所有LNP体系中都优于DOPE。不同可离子化脂质与辅助磷脂之间的相容性可能改变终结果。

此外，DOPE含有不饱和脂肪酰链，配方开发时还需要关注氧化降解及其对脂质组成和RNA完整性的潜在影响。

4.2 对核酸包封效率的影响

LNP的核酸包封主要依赖可离子化脂质与核酸之间的相互作用，同时受到脂质混合、颗粒自组装及溶剂交换过程的影响。

辅助磷脂能够通过改变脂质混合行为和颗粒内部组织方式，间接影响包封效率。

DSPC有时能够支持稳定的颗粒组装，但如果与特定可离子化脂质相容性不足，也可能出现相分离或颗粒不均一现象。

DOPE具有较高的链段构象灵活性，在部分配方中能够促进脂质混合并改善颗粒形成过程，但其非层状相倾向也可能改变核酸与脂质之间的组织方式。

因此，不能简单认定DSPC或DOPE必然具有更高的核酸包封效率。

4.3 对内体逃逸的影响

内体逃逸是核酸LNP递送过程中的关键环节。

LNP被细胞摄取后，通常需要经过内吞途径进入内体系统。对于需要在细胞质中发挥作用的mRNA和siRNA而言，核酸必须从内体环境中释放出来，才能参与后续的蛋白表达或基因沉默过程。

DOPE的负曲率倾向有利于某些膜融合中间态形成，因此常被认为具有促进膜重排的潜力。

相比之下，DSPC倾向于支持层状结构，其相对较高的脂质有序性可能在部分体系中限制膜融合相关的结构变化。

但内体逃逸并非由辅助磷脂单独决定。可离子化脂质在酸性内体环境中的质子化行为、LNP与内体膜脂质之间的相互作用，以及核酸释放动力学均具有重要作用。

4.4 对细胞转染及体内递送的影响

辅助磷脂对LNP递送效率的影响具有明显的配方依赖性。

2025年的一项研究发现，对于特定可离子化脂质体系，低相变温度的辅助磷脂DOPE和DOPC能够形成具有较好功能表现的mRNA-LNP，而使用DSPC时则出现脂质相容性不足和颗粒聚集等问题。

这说明辅助磷脂的选择不仅影响膜的物理性质，还会影响LNP整体组装过程。

另一方面，在saRNA研究中，也有DSPC配方凭借较好的储存稳定性而在离体组织表达等指标上表现出优势的结果。

因此，DSPC与DOPE之间不存在适用于所有递送场景的绝对优劣关系。

五、DSPC与DOPE的性能差异：如何理解稳定性与膜融合能力之间的平衡？

在LNP配方开发中，稳定性和膜融合能力往往需要同时考虑。

如果颗粒结构过于容易重排，可能增加储存过程中发生脂质重组、颗粒聚集或核酸泄漏的风险；如果颗粒结构过于稳定，也可能在某些配方中限制细胞内的有效核酸释放。

因此，辅助磷脂的优化实际上是在颗粒完整性与细胞内递送功能之间寻找平衡。

5.1 为什么较高的膜稳定性不一定意味着更高的递送效率？

LNP需要在储存、给药和细胞摄取过程中维持适当的结构完整性，但进入细胞后，又需要在合适的时间和位置实现核酸释放。

如果颗粒的脂质结构不利于与内体膜发生相互作用，即使核酸包封率较高，也可能难以转化为较高的细胞质核酸可利用量。

因此，包封率、颗粒完整性和细胞内递送效率之间并不存在必然的线性关系。

5.2 为什么DOPE也不一定始终提高转染效率？

DOPE具有促进负曲率形成的能力，但核酸递送涉及多个连续步骤，包括颗粒稳定性、细胞摄取、胞内运输、内体逃逸和核酸释放。

若DOPE与某种可离子化脂质的混合相容性不足，或在特定环境中引发不利的颗粒结构变化，即使其具备膜融合相关特征，也未必能改善终递送结果。

此外，不同RNA类型、细胞模型及给药方式对LNP的要求存在差异，单一体外转染结果也不能完全预测体内递送表现。

六、DSPC与DOPE混合使用的配方优化思路

在实际LNP研发中，除了单独使用DSPC或DOPE，还可以研究二者混合使用的可能性。

这种策略旨在通过调节两种辅助磷脂的比例，改变脂质组织结构及膜曲率特征，从而探索稳定性与递送功能之间的平衡。

但混合使用并不保证两种脂质的优势能够简单叠加。由于分子间相容性和局部相分离等因素，混合体系可能表现出非线性变化。

6.1 建议的配方比较方案

可以保持总辅助磷脂摩尔比例不变，将DSPC与DOPE的相对比例作为主要研究变量。

表2｜探索性实验设计。比例为辅助磷脂内部的摩尔组成，不代表LNP总脂质摩尔组成，也不是推荐的优配方。

实验中应保持可离子化脂质、胆固醇、PEG脂质、核酸种类及制备条件尽可能一致，以便分析辅助磷脂比例变化带来的影响。

6.2 建议重点考察的指标

6.3 需要避免的实验评价误区

在比较DSPC和DOPE时，不能只依赖单一表征结果判断配方优劣。

例如，较小的颗粒粒径并不必然意味着更高的转染效率；较高的核酸包封率也不能证明内体逃逸效率更高。

同样，膜融合相关的荧光实验能够提供脂质混合或膜相互作用信息，但不能直接等同于细胞质中完整核酸的释放量。

因此，建议将物理表征、稳定性研究和细胞功能评价结合起来，建立更加完整的结构—性能关联。

七、不同核酸递送应用中如何选择DSPC或DOPE？

八、LNP膜结构研究的未来发展方向

随着脂质纳米颗粒研究的深入，辅助磷脂的作用正在从传统的“结构稳定组分”逐渐扩展到对颗粒内部组织、膜力学行为和生物递送功能的综合调控。

未来，DSPC与DOPE相关研究可重点关注以下方向。

精细化膜结构表征。 通过Cryo-TEM、SAXS及其他结构分析技术，研究不同辅助磷脂对LNP内部脂质组织方式的影响，建立更准确的结构模型。

多组分脂质协同设计。 将辅助磷脂与可离子化脂质、胆固醇及PEG脂质进行联合优化，而不是将单一辅助磷脂作为决定递送性能的唯一变量。

结构与生物功能关联。 结合膜融合实验、内体逃逸分析和细胞功能评价，研究脂质相态与核酸递送效率之间的实际联系。

储存稳定性与制剂质量控制。 对比不同辅助磷脂配方在温度变化、长期储存及复杂生物介质中的表现，进一步优化LNP制剂的质量一致性。

九、总结：DSPC与DOPE并非简单的优劣关系

DSPC与DOPE是两种具有不同分子结构和膜组织特征的辅助磷脂。

DSPC具有饱和脂肪酰链和较大的磷酸胆碱头基，倾向于形成较有序的层状脂质结构，在部分LNP配方中能够改善颗粒的物理稳定性。

DOPE则具有不饱和脂肪酰链和较小的磷酸乙醇胺头基，更容易表现出负曲率和非层状结构倾向，因此在膜融合及内体逃逸相关研究中具有重要价值。

两者的结构差异能够影响LNP的脂质排列、颗粒形貌、核酸包封、稳定性及细胞递送行为，但终结果受到可离子化脂质结构、核酸载荷及制备条件等多因素共同影响。

LNP辅助磷脂的优化重点，不是简单选择“更稳定的DSPC”或“更易融合的DOPE”，而是根据具体核酸递送需求，建立稳定性、膜结构与生物功能之间的合理平衡。

对于瑞禧生物相关脂质材料的研究与应用，DSPC和DOPE可以作为具有不同结构特征的辅助磷脂候选材料，为LNP配方筛选、膜结构研究和核酸递送体系优化提供不同的设计方向。

参考文献

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