PEGylated lipid screening, composition optimization, and structure-activity relationship determination for lipid nanoparticle-mediated mRNA delivery

一、文献基础信息

· 标题：PEGylated lipid screening, composition optimization, and structure-activity relationship determination for lipid nanoparticle-mediated mRNA delivery

· 期刊：Nanoscale（RSC，一区）RSC Publis...

· DOI：10.1039/d5nr00433k

· 原文链接：https://pubs.rsc.org/nr/article/17/18/11329/900782/PEGylated-lipid-screening-composition-optimization

· 发表时间：2025-03-19RSC Publis...

· 作者：Lingyun Liu，Jae-Heon Kim，Zhongyu Li，Mengwei Sun，Trent Northen，Jackie Tang，Emma Mcintosh，Shrirang Karve*，Frank DeRosa（赛诺菲 mRNA 卓越中心）RSC Publis...

· 通讯作者：Shrirang Karve，Frank DeRosa

二、文献核心主要内容

研究背景

脂质纳米粒 LNP 是 mRNA 疫苗与核酸药物主流递送载体，LNP 由可电离脂质、辅助脂质（DOPE）、胆固醇、PEG-脂质四类组分构成。过去大多数研究聚焦可电离脂质改造，PEG-脂质作为占比低的组分，针对肌肉注射给药系统的系统性构效研究较少。PEG-脂质的锚定骨架、PEG 分子量、摩尔占比会影响颗粒粒径、PEG 脱落行为、蛋白冠形成、包封效率，*终改变体内转染效率。本工作面向肌肉注射 mRNA 递送，系统筛选 29 种 PEG-脂质，解析构效关系，得到优化配方。

研究方案

1. PEG-脂质文库筛选：4 大类共 29 种 PEG-脂质：甘油酯类（DMG-PEG、DPG-PEG、DSG-PEG、DOG-PEG）；PE 磷脂类（DMPE-PEG、DPPE-PEG、DSPE-PEG、DLPE-PEG）；胆固醇-PEG；神经酰胺-PEG；PEG 分子量覆盖 750-5000。以 OF-02 为模型可电离脂质，构建包载 hEPO 报告 mRNA 的 LNP，小鼠肌肉注射检测体内 hEPO 蛋白表达。

2. DoE 实验设计优化：筛选得到性能*优候选DMG-PEG5k；设计 20 组配方，调节 DMG-PEG5k、可电离脂质 OF-02、胆固醇、DOPE 摩尔占比。

3. 多维度表征解析构效关系：DLS/Zeta；RiboGreen 测 mRNA 包封率 EE；Laurdan 荧光检测膜脂质堆积 GP 参数；TNS 测 pKa；QCM-D 研究 LNP 与 ApoE 蛋白相互作用；Cryo-TEM、SAXS 解析内部相结构；体内肌肉注射评估蛋白表达。

关键实验结果

1. 文库筛选结果

· 甘油酯类中，只有DMG-PEG5k的体内蛋白表达优于经典对照 DMG-PEG2k；长酰链（C16/C18）的甘油酯-PEG 活性显著下降。

· PE-PEG、神经酰胺-PEG、Chol-PEG 多数候选的体内蛋白表达弱于 DMG-PEG2k 对照；PEG5k 版本普遍比同骨架 PEG2k 活性低。

· PEG-脂质摩尔比例升高会降低 mRNA 包封效率，高 PEG 带来空间位阻，干扰可电离脂质-mRNA 静电复合。

1. DoE 配方优化

· 得到*优 OPT 配方，体内蛋白表达是 DMG-PEG2k 基准组的 1.5 倍。

· 关键正向相关：mRNA 包封效率 EE 与体内蛋白表达高度正相关（R=0.84）。

· 关键负向相关：高可电离脂质占比、高 PEG-脂质占比会降低表达。

1. 膜完整性（Laurdan GP 参数）核心发现

· 定义参数 GP₇.₅/GP₄.₅（中性 pH7.5 与酸性 pH4.5 下广义极化比值）；该比值越低，LNP 在酸性内体环境膜完整性越好，体内转染越高（R=-0.9，EE>80% 条件下）。

· 可电离脂质占比是影响 GP₇.₅/GP₄.₅的主导因素，其次是胆固醇、DOPE；胆固醇提升酸性条件下脂质堆积，维持膜完整性；DOPE 促进非层状倒置六方相形成。

1. 内部结构（SAXS & Cryo-TEM）

· 活性高的 OPT 配方在酸性条件更容易形成倒置六方相（inverted hexagonal phase），该相促进内体逃逸，提升 mRNA 释放。

1. QCM-D 蛋白冠研究

· DMG-PEG5k 配方形成更致密 PEG 刷构象，降低 ApoE 蛋白吸附；但蛋白吸附不是唯一决定体内药效，包封率、酸性膜完整性、内部相结构是更关键指标。

研究结论

针对肌肉注射 mRNA-LNP，DMG-PEG5k 是优于传统 DMG-PEG2k 的 PEG-脂质候选；LNP 体内转染活性由三大核心要素共同决定：①高 mRNA 包封效率；②酸性环境下良好脂质膜完整性（低 GP₇.₅/GP₄.₅比值）；③易形成有序倒置六方相内部结构；需要平衡四组分摩尔比例，为下一代 mRNA-LNP 理性设计提供完整实验依据。

研究意义

1. 首次针对肌肉注射途径大规模系统评价 29 种 PEG-脂质，填补该给药途径构效关系数据空白；

2. 证实除可电离脂质之外，PEG-脂质骨架、PEG 分子量、摩尔占比对*终药效影响巨大；

3. 建立 Laurdan-GP、SAXS、QCM-D 组合表征手段，可用于快速预判 LNP 体内 mRNA 递送潜力。

三、西安瑞禧生物可提供本文相关产品汇总

产品整体说明

上述 PEG-脂质系列是 mRNA-LNP、siRNA 核酸递送体系的核心辅料；瑞禧可提供不同锚定骨架（DMG / DSPE / Chol / Ceramide）、不同 PEG 分子量（750-5000）的 PEG-脂质，也可定制末端活性基团（MAL、NHS、FA、NH₂等），满足 LNP 配方筛选、构效关系研究。